Hydrogen spectral series
جوہری ہائیڈروجن کے اخراج کے سپیکٹرم کو کئی سپیکٹرم سیریز میں تقسیم کیا گیا ہے، جس کی طول موج ریڈبرگ فارمولا کے ذریعہ دی گئی ہے۔ یہ مشاہدہ شدہ سپیکٹرم لائنیں ایٹم میں دو توانائی کی سطحوں کے درمیان الیکٹران کی منتقلی کی وجہ سے ہوتی ہیں۔ ریڈبرگ فارمولے کے ذریعہ سیریز کی درجہ بندی کوانٹم میکانکس کی ترقی میں اہم تھی۔ فلکیاتی سپیکٹروسکوپی میں ہائیڈروجن کی موجودگی کا پتہ لگانے اور سرخ شفٹوں کا حساب لگانے کے لیے سپیکٹرم سیریز اہم ہیں۔ طبیعیات ایک ہائیڈروجن ایٹم ایک الیکٹران پر مشتمل ہوتا ہے جو اپنے مرکزے کے گرد چکر لگاتا ہے۔ الیکٹران اور نیوکلیئر پروٹون کے درمیان برقی مقناطیسی قوت الیکٹران کے لیے کوانٹم حالتوں کے ایک سیٹ کی طرف لے جاتی ہے، ہر ایک کی اپنی توانائی ہوتی ہے۔ ان حالتوں کو ہائیڈروجن ایٹم کے بوہر ماڈل کے ذریعے مرکزے کے ارد گرد الگ الگ مدار ہونے کے طور پر دیکھا گیا تھا۔ ہر توانائی کی سطح، یا الیکٹران شیل، یا مدار، کو ایک عدد کے ذریعے نامزد کیا جاتا ہے، جیسا کہ شکل میں دکھایا گیا ہے۔ بوہر ماڈل کی جگہ بعد میں کوانٹم میکانکس نے لے لی جس میں الیکٹران مدار کے بجائے جوہری مدار پر قابض ہوتا ہے، لیکن ہائیڈروجن ایٹم کی اجازت شدہ توانائی کی سطح وہی رہی جو پہلے کے نظریہ میں تھی۔ سپیکٹرم کا اخراج اس وقت ہوتا ہے جب کوئی الیکٹران اعلی توانائی کی حالت سے کم توانائی کی حالت میں منتقل ہوتا ہے، یا چھلانگ لگاتا ہے۔ دونوں حالتوں میں فرق کرنے کے لیے، کم توانائی کی حالت کو عام طور پر کے طور پر نامزد کیا جاتا ہے، اور اعلی توانائی کی حالت کو کے طور پر نامزد کیا جاتا ہے۔ خارج شدہ فوٹون کی توانایٔی دونوں حالتوں کے درمیان توانایٔی کے فرق سے مطابقت رکھتی ہے۔ چونکہ ہر حالت کی توانایٔی فکس ہوتی ہے، اس لیے ان کے درمیان توانایٔی کا فرق فکس ہوتا ہے، اور منتقلی ہمیشہ ایک ہی توانایٔی والا فوٹون پیدا کرے گی۔ سپیکٹرم لائنوں کو اس کے مطابق سیریز میں گروپ کیا جاتا ہے۔ لائنوں کے نام ترتیب وار طور پر سیریز کی طویل ترین طول موج/سب سے کم تعدد سے شروع ہوتے ہیں، ہر سیریز کے اندر یونانی حروف کا استعمال کرتے ہوئے۔ مثال کے طور پر، لائن کو "لیمن-الفا" (لی-α) کہا جاتا ہے، جبکہ لائن کو "پاسچن-ڈیلٹا" (پی اے-δ) کہا جاتا ہے۔ ہائیڈروجن سے اخراج کی لکیریں ہیں جو ان سیریز سے باہر آتی ہیں، جیسے کہ 21 سینٹی میٹر کی لکیر۔ یہ اخراج لائنیں بہت کم نایاب جوہری واقعات جیسے ہائپر فائن ٹرانزیشن سے مطابقت رکھتی ہیں۔ باریک ساخت کے نتیجے میں ایک سپیکٹرم لائنیں رشتہ دار اصلاحات کی وجہ سے دو یا زیادہ قریب سے گروپ شدہ پتلی لائنوں کے طور پر ظاہر ہوتی ہیں۔ کوانٹم مکینیکل تھیوری میں، جوہری اخراج کا مجرد سپیکٹرم شروڈنگر مساوات پر مبنی تھا، جو بنیادی طور پر ہائیڈروجن نما ایٹموں کے توانائی سپیکٹرم کے مطالعہ کے لیے وقف ہے، جبکہ وقت پر منحصر مساوی ہائزن برگ مساوات بیرونی برقی مقناطیسی لہر سے چلنے والے ایٹم کا مطالعہ کرتے وقت آسان ہوتی ہے۔ ایٹم کے ذریعے فوٹون کے جذب یا اخراج کے عمل میں، تحفظ کے قوانین پورے الگ تھلگ نظام کے لیے ہوتے ہیں، جیسے کہ ایٹم اور فوٹون۔ لہذا فوٹون جذب یا اخراج کے عمل میں الیکٹران کی حرکت ہمیشہ نیوکلئس کی حرکت کے ساتھ ہوتی ہے، اور چونکہ نیوکلئس کی کمیت ہمیشہ محدود ہوتی ہے، اس لیے ہائیڈروجن جیسے ایٹموں کی توانائی سپیکٹرم کا انحصار جوہری کمیت پر ہونا چاہیے۔ ریڈبرگ فارمولا بوہر ماڈل میں سطحوں کے درمیان توانائی کے فرق، اور اس وجہ سے خارج یا جذب شدہ فوٹونوں کی طول موج، ریڈبرگ فارمولے کے ذریعے دی گئی ہے: جہاں جوہری نمبر ہے، (اکثر لکھا جاتا ہے) نچلی توانائی کی سطح کا بنیادی کوانٹم نمبر ہے، (یا) اوپری توانائی کی سطح کا بنیادی کوانٹم نمبر ہے، اور ریڈبرگ مستقل ہے۔ (ہائیڈروجن اور بھاری دھاتوں کے لیے)۔ طول موج ہمیشہ مثبت رہے گی کیونکہ اس کی تعریف نچلی سطح کے طور پر کی گئی ہے اور اس لیے اس سے کم ہے۔ یہ مساوات ہائیڈروجن جیسی تمام انواع کے لیے درست ہے، یعنی۔ ایٹم جن میں صرف ایک الیکٹران ہوتا ہے، اور ہائیڈروجن سپیکٹرم لائنوں کا مخصوص معاملہ Z = 1 سے دیا جاتا ہے۔ سیریز لیمن سیریز (= 1) بوہر ماڈل میں، لیمن سیریز میں وہ لائنیں شامل ہیں جو الیکٹران کی منتقلی کے ذریعے کوانٹم نمبر n> 1 کے بیرونی مدار سے کوانٹم نمبر n '= 1 کے پہلے مدار میں منتقل ہوتی ہیں۔ اس سلسلے کا نام اس کے دریافت کنندہ تھیوڈور لیمن کے نام پر رکھا گیا ہے، جس نے 1906-1914 سے سپیکٹرم لائنیں دریافت کیں۔ لیمن سیریز میں تمام طول موج بالائے بنفشی بینڈ میں ہیں۔ بالمر سلسلہ (= 2) بالمر سلسلہ میں وہ لکیریں شامل ہیں جو بیرونی مدار n> 2 سے مدار n '= 2 میں منتقلی کی وجہ سے ہوتی ہیں۔ اس کا نام جوہان بالمر کے نام پر رکھا گیا، جس نے 1885 میں بالمر فارمولا دریافت کیا، جو بالمر سیریز کی پیش گوئی کرنے کے لیے ایک تجرباتی مساوات ہے۔ بالمر لائنوں کو تاریخی طور پر "H-الفا"، "H-بیٹا"، "H-گاما" وغیرہ کہا جاتا ہے، جہاں H عنصر ہائیڈروجن ہے۔ بالمر لائنوں میں سے چار سپیکٹرم کے تکنیکی طور پر "مرئی" حصے میں ہیں، جن کی طول موج 400 این ایم سے زیادہ اور 700 این ایم سے کم ہے۔ بالمر سیریز کے کچھ حصے شمسی سپیکٹرم میں دیکھے جا سکتے ہیں۔ ایچ-الفا ایک اہم لکیر ہے جو فلکیات میں ہائیڈروجن کی موجودگی کا پتہ لگانے کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ پاسچن سلسلہ (بوہر سلسلہ، = 3) جرمن طبیعیات دان فریڈرک پاسچن کے نام پر رکھا گیا جس نے پہلی بار 1908 میں ان کا مشاہدہ کیا۔ پاسچن لائنیں تمام اورکت بینڈ میں واقع ہیں۔ یہ سلسلہ اگلی (بریکٹ) سیریز کے ساتھ اوورلیپ ہوتا ہے، یعنی بریکٹ سیریز کی مختصر ترین لکیر کی طول موج ہوتی ہے جو پاسچن سیریز میں آتی ہے۔ اس کے بعد کی تمام سیریز اوورلیپ ہوتی ہیں۔ بریکٹ سیریز (= 4) کا نام امریکی طبیعیات دان فریڈرک سمنر بریکٹ کے نام پر رکھا گیا ہے جس نے پہلی بار 1922 میں سپیکٹرم لائنوں کا مشاہدہ کیا تھا۔ بریکٹ سیریز کی سپیکٹرم لائنیں دور اورکت بینڈ میں ہوتی ہیں۔ پفنڈ سلسلہ (= 5) تجرباتی طور پر 1924 میں اگست ہرمن پفنڈ نے دریافت کیا۔ ہمفریس سیریز (= 6) 1953 میں امریکی طبیعیات دان کرٹس جے ہمفریس نے دریافت کیا۔ مزید سیریز (> 6) مزید سیریز بے نام ہیں، لیکن اسی پیٹرن اور مساوات کی پیروی کرتے ہیں جیسا کہ ریڈبرگ مساوات کے ذریعہ متعین کیا گیا ہے۔ سلسلہ تیزی سے پھیل رہے ہیں اور بڑھتی ہوئی طول موج پر پائے جاتے ہیں۔ لکیریں بھی تیزی سے بے ہوش ہو رہی ہیں، جو کہ تیزی سے نایاب جوہری واقعات کے مطابق ہیں۔ جوہری ہائیڈروجن کی ساتویں سیریز کا پہلی بار تجرباتی طور پر اورکت طول موج پر 1972 میں پیٹر ہینسن اور جان سٹرانگ نے یونیورسٹی آف میساچوسٹس ایمہرسٹ میں مظاہرہ کیا تھا۔ دوسرے نظاموں تک توسیع ریڈبرگ فارمولے کے تصورات کا اطلاق کسی بھی نظام پر کیا جا سکتا ہے جس میں ایک واحد ذرہ نیوکلئس کے گرد چکر لگا رہا ہو، مثال کے طور پر ہی + آئن یا میوونیم غیر ملکی ایٹم۔ مساوات کو نظام کے بوہر رداس کی بنیاد پر تبدیل کیا جانا چاہیے ؛ اخراج ایک جیسی نوعیت کا ہوگا لیکن توانائیوں کی ایک مختلف رینج پر۔ پکرنگ-فاؤلر سیریز کو اصل میں پکرنگ اور فاؤلر دونوں کے ذریعہ نصف عدد منتقلی کی سطح کے ساتھ ہائیڈروجن کی ایک نامعلوم شکل سے منسوب کیا گیا تھا، لیکن بوہر نے انہیں ہی + نیوکلئس سے پیدا ہونے والی سپیکٹرم لائنوں کے طور پر درست طریقے سے تسلیم کیا۔ دیگر تمام ایٹموں میں کم از کم دو الیکٹران ان کی غیر جانبدار شکل میں ہوتے ہیں اور ان الیکٹرانوں کے درمیان تعاملات اس طرح کے آسان طریقوں سے سپیکٹرم کا تجزیہ کرتے ہیں جیسا کہ یہاں بیان کیا گیا ہے۔ ریڈبرگ فارمولے کی کٹوتی طبیعیات میں ایک بڑا قدم تھا، لیکن دوسرے عناصر کے سپیکٹرے کی توسیع کو پورا کرنے میں بہت وقت لگ گیا تھا۔ فلکیاتی سپیکٹروسکوپی بھی دیکھیں ہائیڈروجن لائن (21 سینٹی میٹر) لیمب شفٹ موسلی کا قانون کوانٹم آپٹکس شروڈنگر مساوات کے لیے نظریاتی اور تجرباتی جواز حوالہ جات بیرونی روابط ہائیڈروجن طبیعیات اخراج سپیکٹروسکوپی ہائیڈروجن