氢原子光谱指的是
氢原子内之
电子在不同
能级跃迁时所发射或吸收不同
波长、
能量之
光子而得到的
光谱。氢原子光谱为不连续的
线光谱,自
无线电波、
微波、
红外光、
可见光、到
紫外光区段都有可能有其谱线。根据电子跃迁的后所处的能阶,可将光谱分为不同的线系。理论上有无穷个线系,前6个常用线系以发现者的名字命名。
氢原子()由一个
质子及一个
电子构成,是最简单的原子,因此其光谱一直是了解物质结构理论的主要基础。研究其光谱,可借由外界提供其能量,使其电子跃至高能级后,在跳回低能级的同时,会放出能量等同两高低阶间能量差的光子,再以
光栅、
棱镜或
干涉仪分析其光子能量、强度,就可以得到其发射光谱。亦或以一已知能量、强度之光源,照射氢原子,则等同其能级能量差的光子会被氢原子吸收,因而在该能量形成暗线。另一个方法则是分析来自外太空的氢原子,要取得纯粹氢原子的光谱也非十分容易,主要是因为氢在大自然中倾向以双原子、
分子存在,但科学家仍能借由
阴极射线管使其分解成单一原子。
主量子数n大于或等于2的电子跃迁到n = 1的能阶,产生的一系列光谱线称为“来曼系列”。此系列谱线能量位于紫外光波段。
1885年,巴耳末(J.J. Balmer,瑞士,1825-1898)将位于可见光波段,能量位于410.12
奈米、434.01奈米、486.07奈米、656.21奈米等谱线,以下列经验公式表示:,m = 3、4、5、6...,此方程称为
巴耳末公式方程。
主量子数n大于或等于6的电子跃迁到n = 5的能阶,产生的一系列光谱线称为“蒲芬德系列”,由蒲芬德于1924年发现,位于红外光波段。
主量子数n大于或等于7的电子跃迁到n = 6的能阶,产生的一系列光谱线称为“韩福瑞系列”,由韩福瑞于1953年发现,位于红外光波段。
1889年
瑞典物理学家约翰内斯·里德伯(Johannes Robert Rydberg)将上述各系列谱线归纳出氢原子谱线的经验公式: