Hydrogen spectral series
परमाणु हाइड्रोजन के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम को राइडबर्ग सूत्र द्वारा दिए गए तरंग दैर्ध्य के साथ कई वर्णक्रमीय श्रृंखलाओं में विभाजित किया गया है। ये देखी गई वर्णक्रमीय रेखाएँ एक परमाणु में दो ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉन के संक्रमण के कारण होती हैं। क्वांटम यांत्रिकी के विकास में राइडबर्ग सूत्र द्वारा श्रृंखला का वर्गीकरण महत्वपूर्ण था। खगोलीय स्पेक्ट्रोस्कोपी में वर्णक्रमीय श्रृंखलाएँ हाइड्रोजन की उपस्थिति का पता लगाने और लाल बदलावों की गणना करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। भौतिकी एक हाइड्रोजन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन होता है जो अपने नाभिक की परिक्रमा करता है। इलेक्ट्रॉन और परमाणु प्रोटॉन के बीच विद्युत चुम्बकीय बल इलेक्ट्रॉन के लिए क्वांटम अवस्थाओं के एक समूह की ओर ले जाता है, जिनमें से प्रत्येक की अपनी ऊर्जा होती है। इन अवस्थाओं को हाइड्रोजन परमाणु के बोहर मॉडल द्वारा नाभिक के चारों ओर अलग-अलग कक्षाओं के रूप में देखा गया था। प्रत्येक ऊर्जा स्तर, या इलेक्ट्रॉन कोश, या कक्षा, को एक पूर्णांक द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। बोहर मॉडल को बाद में क्वांटम यांत्रिकी द्वारा प्रतिस्थापित किया गया था जिसमें इलेक्ट्रॉन एक कक्षा के बजाय एक परमाणु कक्षीय पर कब्जा कर लेता है, लेकिन हाइड्रोजन परमाणु का अनुमत ऊर्जा स्तर पहले के सिद्धांत के समान ही रहा। वर्णक्रमीय उत्सर्जन तब होता है जब एक इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा अवस्था से कम ऊर्जा अवस्था में संक्रमण करता है या कूदता है। इन दोनों अवस्थाओं को अलग करने के लिए, निम्न ऊर्जा अवस्था को आमतौर पर के रूप में नामित किया जाता है, और उच्च ऊर्जा अवस्था को के रूप में नामित किया जाता है। उत्सर्जित फोटॉन की ऊर्जा दोनों अवस्थाओं के बीच ऊर्जा अंतर से मेल खाती है। क्योंकि प्रत्येक अवस्था की ऊर्जा स्थिर होती है, उनके बीच ऊर्जा अंतर निश्चित होता है, और संक्रमण हमेशा एक ही ऊर्जा के साथ एक फोटॉन का उत्पादन करेगा। वर्णक्रमीय रेखाओं को उनके अनुसार श्रृंखला में समूहीकृत किया जाता है। प्रत्येक श्रृंखला के भीतर यूनानी अक्षरों का उपयोग करते हुए, श्रृंखला की सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य/सबसे कम आवृत्ति से शुरू होने वाली रेखाओं का नाम क्रमिक रूप से रखा जाता है। उदाहरण के लिए, रेखा को "लाइमैन-अल्फा" (लाइ-α) कहा जाता है, जबकि रेखा को "पास्चेन-डेल्टा" (पा-δ) कहा जाता है। हाइड्रोजन से उत्सर्जन रेखाएँ हैं जो इन श्रृंखलाओं के बाहर आती हैं, जैसे कि 21 सेमी रेखा। ये उत्सर्जन रेखाएँ बहुत दुर्लभ परमाणु घटनाओं जैसे कि अति सूक्ष्म संक्रमणों के अनुरूप होती हैं। महीन संरचना के परिणामस्वरूप सापेक्ष सुधारों के कारण एकल वर्णक्रमीय रेखाएँ दो या अधिक निकटता से समूहीकृत पतली रेखाओं के रूप में दिखाई देती हैं। क्वांटम मैकेनिकल सिद्धांत में, परमाणु उत्सर्जन का असतत वर्णक्रम श्रोडिंगर समीकरण पर आधारित था, जो मुख्य रूप से हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं के ऊर्जा वर्णक्रम के अध्ययन के लिए समर्पित है, जबकि समय-निर्भर समतुल्य हाइजेनबर्ग समीकरण बाहरी विद्युत चुम्बकीय तरंग द्वारा संचालित परमाणु का अध्ययन करते समय सुविधाजनक होता है। एक परमाणु द्वारा फोटॉन के अवशोषण या उत्सर्जन की प्रक्रियाओं में, संरक्षण नियम पूरे पृथक प्रणाली के लिए होते हैं, जैसे कि एक परमाणु और एक फोटॉन। इसलिए फोटॉन अवशोषण या उत्सर्जन की प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉन की गति हमेशा नाभिक की गति के साथ होती है, और क्योंकि नाभिक का द्रव्यमान हमेशा सीमित होता है, हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं का ऊर्जा स्पेक्ट्रा परमाणु द्रव्यमान पर निर्भर होना चाहिए। राइडबर्ग सूत्र बोहर मॉडल में स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर, और इसलिए उत्सर्जित या अवशोषित फोटॉनों की तरंग दैर्ध्य, राइडबर्ग सूत्र द्वारा दी जाती हैः जहां परमाणु संख्या है, (अक्सर लिखा जाता है) निचले ऊर्जा स्तर की प्रमुख क्वांटम संख्या है, (या) ऊपरी ऊर्जा स्तर की प्रमुख क्वांटम संख्या है, और राइडबर्ग स्थिरांक है। (हाइड्रोजन और भारी धातुओं के लिए)। तरंगदैर्घ्य हमेशा सकारात्मक रहेगा क्योंकि इसे निचले स्तर के रूप में परिभाषित किया गया है और इसलिए यह उससे कम है। यह समीकरण सभी हाइड्रोजन जैसी प्रजातियों के लिए मान्य है, अर्थात। परमाणुओं में केवल एक इलेक्ट्रॉन होता है, और हाइड्रोजन वर्णक्रमीय रेखाओं का विशेष मामला Z = 1 द्वारा दिया जाता है। श्रृंखला लाइमैन श्रृंखला (= 1) बोहर मॉडल में, लाइमैन श्रृंखला में क्वांटम संख्या n> 1 की बाहरी कक्षा से क्वांटम संख्या n '= 1 की पहली कक्षा में इलेक्ट्रॉन के संक्रमण से उत्सर्जित रेखाएं शामिल हैं। इस श्रृंखला का नाम इसके खोजकर्ता थियोडोर लाइमैन के नाम पर रखा गया है, जिन्होंने 1906-1914 से वर्णक्रमीय रेखाओं की खोज की थी। लाइमैन श्रृंखला में सभी तरंग दैर्ध्य पराबैंगनी पट्टी में हैं। बाल्मर श्रृंखला (= 2) बाल्मर श्रृंखला में बाहरी कक्षा n> 2 से कक्षा n '= 2 में संक्रमण के कारण रेखाएं शामिल हैं। इसका नाम जोहान बाल्मर के नाम पर रखा गया, जिन्होंने 1885 में बाल्मर सूत्र की खोज की, जो बाल्मर श्रृंखला की भविष्यवाणी करने के लिए एक अनुभवजन्य समीकरण है। बामर रेखाओं को ऐतिहासिक रूप से "एच-अल्फा", "एच-बीटा", "एच-गामा" आदि के रूप में संदर्भित किया जाता है, जहां एच हाइड्रोजन तत्व है। बाल्मर रेखाओं में से चार स्पेक्ट्रम के तकनीकी रूप से "दृश्यमान" भाग में हैं, जिनकी तरंग दैर्ध्य 400 एनएम से अधिक और 700 एनएम से कम है। बाल्मेर श्रृंखला के कुछ हिस्सों को सौर स्पेक्ट्रम में देखा जा सकता है। एच-अल्फा खगोल विज्ञान में हाइड्रोजन की उपस्थिति का पता लगाने के लिए उपयोग की जाने वाली एक महत्वपूर्ण रेखा है। पास्चेन श्रृंखला (बोहर श्रृंखला, = 3) का नाम जर्मन भौतिक विज्ञानी फ्रेडरिक पास्चेन के नाम पर रखा गया है जिन्होंने पहली बार 1908 में उनका अवलोकन किया था। पास्केन रेखाएँ सभी अवरक्त पट्टी में स्थित हैं। यह श्रृंखला अगली (ब्रैकेट) श्रृंखला के साथ ओवरलैप होती है, अर्थात। ब्रैकेट श्रृंखला में सबसे छोटी रेखा की एक तरंग दैर्ध्य होती है जो पास्केन श्रृंखला के बीच आती है। बाद की सभी श्रृंखलाएँ ओवरलैप होती हैं। ब्रैकेट श्रृंखला (= 4) अमेरिकी भौतिक विज्ञानी फ्रेडरिक समनर ब्रैकेट के नाम पर नामित, जिन्होंने पहली बार 1922 में वर्णक्रमीय रेखाओं का अवलोकन किया था। ब्रैकेट श्रृंखला की वर्णक्रमीय रेखाएँ सुदूर अवरक्त पट्टी में स्थित होती हैं। पफंड श्रृंखला (= 5) प्रायोगिक रूप से 1924 में अगस्त हर्मन पफंड द्वारा खोजी गई। हम्फ्रीज़ श्रृंखला (= 6) की खोज 1953 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी कर्टिस जे. हम्फ्रीज़ द्वारा की गई थी। आगे की श्रृंखलाएँ (> 6) आगे की श्रृंखलाएँ अनाम हैं, लेकिन उसी पैटर्न और समीकरण का पालन करती हैं जैसा कि राइडबर्ग समीकरण द्वारा निर्धारित किया गया है। श्रृंखलाएँ तेजी से फैल रही हैं और बढ़ती तरंग दैर्ध्य पर होती हैं। रेखाएँ भी तेजी से क्षीण हो रही हैं, जो तेजी से दुर्लभ परमाणु घटनाओं के अनुरूप हैं। परमाणु हाइड्रोजन की सातवीं श्रृंखला का पहली बार 1972 में मैसाचुसेट्स एमहर्स्ट विश्वविद्यालय में पीटर हैनसेन और जॉन स्ट्रॉन्ग द्वारा अवरक्त तरंग दैर्ध्य पर प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शन किया गया था। अन्य प्रणालियों तक विस्तार राइडबर्ग सूत्र की अवधारणाओं को किसी भी प्रणाली पर लागू किया जा सकता है जिसमें एक एकल कण एक नाभिक की परिक्रमा करता है, उदाहरण के लिए एक हे + आयन या एक म्यूओनियम विदेशी परमाणु। समीकरण को प्रणाली के बोहर त्रिज्या के आधार पर संशोधित किया जाना चाहिए; उत्सर्जन एक समान चरित्र का होगा लेकिन ऊर्जा की एक अलग सीमा पर होगा। पिकरिंग-फाउलर श्रृंखला को मूल रूप से पिकरिंग और फाउलर दोनों द्वारा अर्ध-पूर्णांक संक्रमण स्तरों के साथ हाइड्रोजन के एक अज्ञात रूप के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, लेकिन बोहर ने उन्हें सही ढंग से हे + नाभिक से उत्पन्न होने वाली वर्णक्रमीय रेखाओं के रूप में पहचाना। अन्य सभी परमाणुओं में उनके तटस्थ रूप में कम से कम दो इलेक्ट्रॉन होते हैं और इन इलेक्ट्रॉनों के बीच बातचीत इस तरह के सरल तरीकों से स्पेक्ट्रम के विश्लेषण को अव्यवहारिक बनाती है जैसा कि यहां वर्णित है। राइडबर्ग सूत्र की कटौती भौतिकी में एक बड़ा कदम था, लेकिन अन्य तत्वों के स्पेक्ट्रा के विस्तार को पूरा करने में बहुत समय लग गया था। एस्ट्रोनॉमिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी हाइड्रोजन लाइन (21 सेमी) लैम्ब शिफ्ट मोस्ले के नियम क्वांटम ऑप्टिक्स श्रोडिंगर समीकरण के लिए सैद्धांतिक और प्रयोगात्मक औचित्य संदर्भ बाहरी लिंक हाइड्रोजन भौतिकी उत्सर्जन स्पेक्ट्रोस्कोपी हाइड्रोजन