Surgimento da Física Moderna

Emissão e absorção - Espectros de linhas

• Materiais podem emitir e absorver radiação eletromagnética. Para um dado material em determinadas condições (estado gazoso ou condensado, temperatura, etc), a intensidade de radiação emitida ou absorvida varia com o comprimento de onda l da radiação. Referimo-nos a esta variação como constituindo o espectro de emissão ou absorção do material.
• Um espectro é em geral constituído de várias partes que possuem origens físicas diversas. Mais adiante, discutiremos a parte contínua do espectro associada à agitação térmica dos corpúsculos do material. Nesta seção dirigimos a nossa atenção para a parte discreta do espectro, constituída de linhas de emissão ou absorção que correspondem a valores bem definidos de l. Estas linhas são caracteristicas dos átomos do material e o seu estudo fornece informações valiosas sobre a estrutura destes átomos.
• Uma propriedade importante é que o espectro de linhas de absorção de um dado material é idêntico ao seu espectros de linhas de emissão.

Espectro do átomo de hidrogênio

• Os espectros de linhas dos elementos foram estudados sistematicamente a partir dos últimas décadas do século XIX. Foi verificado que as linhas tendem a se agrupar em séries. As linhas numa dada série tendem a se aproximar cada vez mais quando o comprimento de onda diminui, tendendo para uma determinado valor l_lim chamado limite da série.
• No caso do hidrogênio - o mais leve dos elementos, portanto presumivelmente o mais simples dos átomos - uma primeira série foi identificada na parte visível do espectro em 1885 por Balmer. Subsequentemente, outras séries foram identificadas, uma no ultravioleta por Lyman e outra no infravermelho por Paschen. Estas três séries estão representadas na figura abaixo (as linhas que estão fora da região visível de espectro estão representadas na cor negra).
  
  Espectro do átomo de hidrogênio

   

• Uma fórmula empírica que descreve com precisão estas séries foi estabelecida por Rydberg e por Ritz. Nela, uma linha é especificada por dois números inteiros. O primeiro m, que pode tomar os valores m=1, m=2, m=3... especifica a series à qual a linha pertence. O segundo n, que pode tomar os valores n=m+1, n=m+2, n=m+3... especifica uma linha dentro da séries. O comprimento de onda da linha (m, n) é dado por

  (3-1)

  onde a constante de Rydberg tem a valor empírico

  (3-2)

  Como a fórmula (3-1) dá o inverso do comprimento de onda, vê-se que qualquer comprimento de onda será dado por uma fração racional multiplicando o inverso da constante de Rydberg, cujo valor é

  (3-3)

• Por exemplo, a primeira linha da série de Balmer corresponde a m=2 e n=3 e possui comprimento de onda igual a O limite desta série é obtido ao fazer n tender para o infinito e vale Para a série de Lyman, os valores correspondentes são

  e