Hydrogen spectral series
પરમાણુ હાઇડ્રોજનના ઉત્સર્જન વર્ણપટને સંખ્યાબંધ વર્ણપટ શ્રેણીઓમાં વહેંચવામાં આવ્યો છે, જેની તરંગલંબાઇ રાયડબર્ગ સૂત્ર દ્વારા આપવામાં આવી છે. આ અવલોકન કરાયેલી વર્ણપટ રેખાઓ અણુમાં બે ઊર્જા સ્તરો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોનના સંક્રમણને કારણે છે. ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના વિકાસમાં રાયડબર્ગ સૂત્ર દ્વારા શ્રેણીનું વર્ગીકરણ મહત્વપૂર્ણ હતું. એસ્ટ્રોનોમિકલ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપીમાં હાઇડ્રોજનની હાજરી શોધવા અને લાલ પાળીની ગણતરી કરવા માટે વર્ણપટ શ્રેણી મહત્વપૂર્ણ છે. ભૌતિકશાસ્ત્ર હાઇડ્રોજન અણુમાં તેના કેન્દ્રકની પરિક્રમા કરતા ઇલેક્ટ્રોનનો સમાવેશ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોન અને પરમાણુ પ્રોટોન વચ્ચેનું વિદ્યુતચુંબકીય બળ ઇલેક્ટ્રોન માટે ક્વોન્ટમ સ્થિતિઓના સમૂહ તરફ દોરી જાય છે, જેમાં દરેકની પોતાની ઊર્જા હોય છે. આ સ્થિતિઓને હાઇડ્રોજન પરમાણુના બોહર નમૂના દ્વારા કેન્દ્રકની આસપાસની અલગ ભ્રમણકક્ષાઓ તરીકે જોવામાં આવી હતી. દરેક ઊર્જા સ્તર, અથવા ઇલેક્ટ્રોન શેલ, અથવા ભ્રમણકક્ષા, આકૃતિમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, પૂર્ણાંક દ્વારા નિયુક્ત કરવામાં આવે છે. બોહર મોડેલને પાછળથી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ દ્વારા બદલવામાં આવ્યું હતું જેમાં ઇલેક્ટ્રોન ભ્રમણકક્ષાને બદલે અણુ ભ્રમણકક્ષા ધરાવે છે, પરંતુ હાઇડ્રોજન અણુનું માન્ય ઊર્જા સ્તર અગાઉના સિદ્ધાંતની જેમ જ રહ્યું હતું. વર્ણપટ ઉત્સર્જન ત્યારે થાય છે જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન ઉચ્ચ ઉર્જા સ્થિતિમાંથી નીચી ઉર્જા સ્થિતિમાં સંક્રમણ કરે છે અથવા કૂદી પડે છે. બે સ્થિતિઓને અલગ પાડવા માટે, નીચલી ઊર્જા સ્થિતિને સામાન્ય રીતે તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવે છે, અને ઉચ્ચ ઊર્જા સ્થિતિને તરીકે નિયુક્ત કરવામાં આવે છે. ઉત્સર્જિત ફોટોનની ઊર્જા બે સ્થિતિઓ વચ્ચેના ઊર્જા તફાવતને અનુરૂપ છે. કારણ કે દરેક સ્થિતિની ઊર્જા નિશ્ચિત હોય છે, તેમની વચ્ચેનો ઊર્જા તફાવત નિશ્ચિત હોય છે, અને સંક્રમણ હંમેશા સમાન ઊર્જા સાથે ફોટોન ઉત્પન્ન કરશે. વર્ણપટ રેખાઓ અનુસાર શ્રેણીમાં જૂથબદ્ધ કરવામાં આવે છે. દરેક શ્રેણીમાં ગ્રીક અક્ષરોનો ઉપયોગ કરીને શ્રેણીની સૌથી લાંબી તરંગલંબાઇ/સૌથી ઓછી આવર્તનથી શરૂ કરીને રેખાઓને ક્રમિક રીતે નામ આપવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, રેખાને "લાઇમેન-આલ્ફા" (લાઇ-α) કહેવામાં આવે છે, જ્યારે રેખાને "પાસ્ચેન-ડેલ્ટા" (પા-δ) કહેવામાં આવે છે. હાઇડ્રોજનમાંથી ઉત્સર્જન રેખાઓ છે જે આ શ્રેણીની બહાર પડે છે, જેમ કે 21 સે. મી. રેખા. આ ઉત્સર્જન રેખાઓ હાયપરફાઇન સંક્રમણો જેવી ઘણી દુર્લભ અણુ ઘટનાઓને અનુરૂપ છે. સૂક્ષ્મ માળખું પણ સાપેક્ષ સુધારાઓને કારણે એક વર્ણપટ રેખાઓ બે અથવા વધુ નજીકથી જૂથબદ્ધ પાતળી રેખાઓ તરીકે દેખાય છે. ક્વોન્ટમ યાંત્રિક સિદ્ધાંતમાં, અણુ ઉત્સર્જનનું સ્વતંત્ર વર્ણપટ શ્રોડિંગર સમીકરણ પર આધારિત હતું, જે મુખ્યત્વે હાઇડ્રોજન જેવા અણુઓના ઊર્જા વર્ણપટના અભ્યાસ માટે સમર્પિત છે, જ્યારે બાહ્ય વિદ્યુતચુંબકીય તરંગ દ્વારા સંચાલિત અણુનો અભ્યાસ કરતી વખતે સમય-આધારિત સમકક્ષ હેઇસેનબર્ગ સમીકરણ અનુકૂળ છે. અણુ દ્વારા ફોટોનના શોષણ અથવા ઉત્સર્જનની પ્રક્રિયાઓમાં, સંરક્ષણ નિયમો સમગ્ર અલગ પ્રણાલી માટે લાગુ પડે છે, જેમ કે અણુ વત્તા ફોટોન. તેથી ફોટોન શોષણ અથવા ઉત્સર્જનની પ્રક્રિયામાં ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ હંમેશા ન્યુક્લિયસની ગતિ સાથે હોય છે, અને, કારણ કે ન્યુક્લિયસનું દળ હંમેશા મર્યાદિત હોય છે, હાઇડ્રોજન જેવા અણુઓની ઊર્જા સ્પેક્ટ્રા પરમાણુ દળ પર આધારિત હોવી જોઈએ. રાયડબર્ગ સૂત્ર બોહર મોડેલના સ્તરો વચ્ચેના ઊર્જા તફાવતો અને તેથી ઉત્સર્જિત અથવા શોષાયેલા ફોટોનની તરંગલંબાઇ રાયડબર્ગ સૂત્ર દ્વારા આપવામાં આવે છેઃ જ્યાં અણુ સંખ્યા છે, (ઘણીવાર લખવામાં આવે છે) એ નીચલા ઊર્જા સ્તરની મુખ્ય ક્વોન્ટમ સંખ્યા છે, (અથવા) એ ઉચ્ચ ઊર્જા સ્તરની મુખ્ય ક્વોન્ટમ સંખ્યા છે, અને રાયડબર્ગ અચળાંક છે. (હાઇડ્રોજન અને ભારે ધાતુઓ માટે). તરંગલંબાઇ હંમેશા હકારાત્મક રહેશે કારણ કે તેને નીચલા સ્તર તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે અને તેથી તે તેના કરતા ઓછી છે. આ સમીકરણ તમામ હાઇડ્રોજન જેવી પ્રજાતિઓ માટે માન્ય છે, એટલે કે. માત્ર એક જ ઇલેક્ટ્રોન ધરાવતા અણુઓ અને હાઇડ્રોજન સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓનો ચોક્કસ કેસ Z = 1 દ્વારા આપવામાં આવે છે. સિરીઝ લાઇમેન સિરીઝ (= 1) બોહર મોડેલમાં, લાઇમેન સિરીઝમાં ક્વોન્ટમ નંબર n> 1 ની બાહ્ય ભ્રમણકક્ષામાંથી ક્વોન્ટમ નંબર n '= 1 ની પ્રથમ ભ્રમણકક્ષામાં ઇલેક્ટ્રોનના સંક્રમણ દ્વારા ઉત્સર્જિત રેખાઓનો સમાવેશ થાય છે. આ શ્રેણીનું નામ તેના શોધક થિયોડોર લાઇમેનના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે, જેમણે 1906-1914 માંથી વર્ણપટ રેખાઓ શોધી કાઢી હતી. લાઇમેન શ્રેણીની તમામ તરંગલંબાઇ અલ્ટ્રાવાયોલેટ બેન્ડમાં છે. બાલ્મર શ્રેણી (= 2) બાલ્મર શ્રેણીમાં બાહ્ય ભ્રમણકક્ષા n> 2 થી ભ્રમણકક્ષા n '= 2 માં સંક્રમણને કારણે રેખાઓનો સમાવેશ થાય છે. 1885માં બાલ્મર શ્રેણીની આગાહી કરવા માટે પ્રયોગમૂલક સમીકરણ, બાલ્મર સૂત્રની શોધ કરનાર જોહાન બાલ્મરના નામ પરથી તેનું નામ રાખવામાં આવ્યું હતું. બાલ્મર રેખાઓને ઐતિહાસિક રીતે "એચ-આલ્ફા", "એચ-બીટા", "એચ-ગામા" અને તેથી વધુ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જ્યાં એચ એ તત્વ હાઇડ્રોજન છે. બાલ્મેર રેખાઓમાંથી ચાર સ્પેક્ટ્રમના તકનીકી રીતે "દૃશ્યમાન" ભાગમાં છે, જેની તરંગલંબાઇ 400 એનએમથી વધુ અને 700 એનએમથી ઓછી છે. બાલ્મેર શ્રેણીના ભાગો સૌર વર્ણપટમાં જોઈ શકાય છે. એચ-આલ્ફા એ ખગોળશાસ્ત્રમાં હાઇડ્રોજનની હાજરી શોધવા માટે ઉપયોગમાં લેવાતી એક મહત્વપૂર્ણ રેખા છે. પાસ્ચેન શ્રેણી (બોહર શ્રેણી, = 3) નું નામ જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ફ્રેડરિક પાસ્ચેનના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે, જેમણે સૌપ્રથમ 1908માં તેનું નિરીક્ષણ કર્યું હતું. પાસ્ચેન રેખાઓ ઇન્ફ્રારેડ પટ્ટામાં આવેલી છે. આ શ્રેણી આગામી (બ્રેકેટ) શ્રેણી સાથે ઓવરલેપ થાય છે, એટલે કે. બ્રેકેટ શ્રેણીની સૌથી ટૂંકી રેખાની તરંગલંબાઇ પાસ્ચેન શ્રેણીમાં આવે છે. ત્યારબાદની તમામ શ્રેણીઓ ઓવરલેપ થાય છે. બ્રેકેટ શ્રેણી (= 4) નું નામ અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી ફ્રેડરિક સુમનર બ્રેકેટના નામ પરથી રાખવામાં આવ્યું છે, જેમણે સૌપ્રથમ 1922માં વર્ણપટ રેખાઓનું નિરીક્ષણ કર્યું હતું. બ્રેકેટ શ્રેણીની વર્ણપટ રેખાઓ દૂર ઇન્ફ્રારેડ પટ્ટીમાં આવેલી હોય છે. પફંડ શ્રેણી (= 5) ની પ્રાયોગિક શોધ 1924માં ઓગસ્ટ હર્મન પફંડ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. હમ્ફ્રીસ શ્રેણી (= 6) ની શોધ 1953માં અમેરિકન ભૌતિકશાસ્ત્રી કર્ટિસ જે. હમ્ફ્રીસ દ્વારા કરવામાં આવી હતી. વધુ શ્રેણીઓ (> 6) વધુ શ્રેણીઓ અનામી છે, પરંતુ રાયડબર્ગ સમીકરણ દ્વારા નિર્ધારિત સમાન પેટર્ન અને સમીકરણને અનુસરે છે. શ્રેણીઓ વધુને વધુ ફેલાય છે અને વધતી તરંગલંબાઇ પર થાય છે. વધુને વધુ દુર્લભ અણુ ઘટનાઓને અનુરૂપ આ રેખાઓ પણ વધુને વધુ ઝાંખી પડી રહી છે. અણુ હાઇડ્રોજનની સાતમી શ્રેણીનું સૌપ્રથમ 1972માં યુનિવર્સિટી ઓફ મેસેચ્યુસેટ્સ એમ્હર્સ્ટ ખાતે પીટર હેન્સેન અને જ્હોન સ્ટ્રોંગ દ્વારા ઇન્ફ્રારેડ તરંગલંબાઇ પર પ્રાયોગિક રીતે પ્રદર્શન કરવામાં આવ્યું હતું. અન્ય પ્રણાલીઓમાં વિસ્તરણ રાયડબર્ગ સૂત્રની વિભાવનાઓ ન્યુક્લિયસની પરિભ્રમણ કરતા એક કણ સાથેની કોઈપણ પ્રણાલી પર લાગુ કરી શકાય છે, ઉદાહરણ તરીકે હે + આયન અથવા મ્યુઓનિયમ વિદેશી અણુ. સમીકરણને પ્રણાલીની બોહર ત્રિજ્યાના આધારે સુધારવું આવશ્યક છે; ઉત્સર્જન સમાન પાત્રનું હશે પરંતુ ઊર્જાની એક અલગ શ્રેણી પર હશે. પિકરિંગ-ફોલર શ્રેણી મૂળરૂપે પિકરિંગ અને ફોલ્લર બંને દ્વારા અર્ધ-પૂર્ણાંક સંક્રમણ સ્તરો સાથે હાઇડ્રોજનના અજ્ઞાત સ્વરૂપને આભારી હતી, પરંતુ બોહરે તેમને હે + ન્યુક્લિયસમાંથી ઉદ્ભવતા વર્ણપટ રેખાઓ તરીકે યોગ્ય રીતે માન્યતા આપી હતી. અન્ય તમામ અણુઓ તેમના તટસ્થ સ્વરૂપમાં ઓછામાં ઓછા બે ઇલેક્ટ્રોન ધરાવે છે અને આ ઇલેક્ટ્રોન વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ અહીં વર્ણવેલ સરળ પદ્ધતિઓ દ્વારા વર્ણપટનું વિશ્લેષણ અવ્યવહારુ બનાવે છે. રાયડબર્ગ સૂત્રની કપાત એ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં એક મોટું પગલું હતું, પરંતુ અન્ય તત્વોના વર્ણપટના વિસ્તરણને પૂર્ણ કરી શકાય તે પહેલાં તે લાંબા સમય સુધી હતું. એસ્ટ્રોનોમિકલ સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી પણ જુઓ હાઇડ્રોજન લાઇન (21 સે. મી.) લેમ્બ શિફ્ટ મોઝલીનો નિયમ ક્વોન્ટમ ઓપ્ટિક્સ શ્રોડિંગર સમીકરણ માટે સૈદ્ધાંતિક અને પ્રાયોગિક સમર્થન સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ હાઇડ્રોજન ભૌતિકશાસ્ત્ર ઉત્સર્જન સ્પેક્ટ્રોસ્કોપી હાઇડ્રોજન