バルマー系列やライマン系列に関して教えてください。

Question

バルマー系列やライマン系列に関して教えてください。
バルマー系列は水素のスペクトルでn＝6，・・・，3→n=2への遷移で赤、青、藍、紫のスペクトルが得られるとあるのですが、水素はn=1に電子を持つのになぜn=2以上が存在するのでしょうか？教えてください。同様に、ライマン系列などに関してもn=∞からの遷移とあるのですが、n=∞とはどのような状態なのでしょうか？分かりやすく教えてください、お願いします。

doc_sunday · Accepted Answer

通常は熱によるボルツマン分布が適用されます。
しかし、レーザー発光用のエネルギー蓄積のように適切な波長の光を高強度で当て続ければn=2状態の方が主でn=1はほとんど空の状態も作ることが出来ます。
この状態で吸収スペクトルを測定するとn=2からの励起に相当するスペクトルを得ることが出来ます。
また、他のお答えにもありますが、n=1→n=2に相当するレーザーなどの強い光とn=2からの励起光を当てると多光子励起が起こります。

alwen25 · Answer

n=2以上の状態を励起状態といいます。
水素にレーザーを当てることで
実験的にも可能です。

okormazd · Answer

「水素はn=1に電子を持つのになぜn=2以上が存在する」
その疑問はそのとおりです。
だいたい，物質その他の状態は，エネルギーの低い状態が，安定なのです。だから，水素原子でいえば，n=1に
1個の電子が入って，安定し，それでおしまいです。
「なぜn=2以上が存在する」
水素原子は，全くエネルギーの作用のない，暗闇にいるわけではありません。それは，水素に限らず，すべての物質に言えることです。したがって，外界からのエネルギーのやり取りは，水素原子に限らす，いつもあります。光が当たれば，光のエネルギーによりますが，そのエネルギーを電子が吸収して，n=2にも n=3にもなります。これを励起といいます。熱でも励起されますし，放射線などでも励起されます。こうして励起された状態はエネルギーの高い状態なので，不安定です。挙句の果ては，電子は原子核の束縛を離れて，どこかに飛んでいってしまいます。それがn=∞ということです。安定になるためには，たとえば n=3→2に遷移してそれに応じたエネルギーを放出して安定になるのです。外界とのエネルギーのやり取りがあるので，n=1で安定するわけではありません。安定になるためにエネルギーを放出しますが，それが，バルマー系列やライマン系列として観測されます。水素イオンH^+はn=∞の状態です。電子がどこからか飛び込んできて，H(n=2)になれば，バルマー系列の最も高いエネルギーの輝線が観測されるでしょう。
ところで，これまでの話は，原子1個の話です。原子1個では，人間は観測できません。原子の集団としての振る舞いが観測されるのです。その集団では，全部の原子がn=3であることはありません。原子によってn=3だったりn=5だったり，n=1に落ちたり，n=2に落ちたりしているので，バルマー系列やライマン系列が観測されるのです。
詳しくは，量子力学の話です，といって逃げとこ。

Tacosan · Answer

n=2 以上ももともとあるんだけど, 電子が 1個しかないので n=1 の軌道に入れるのが最も安定だというだけ. エネルギーを突っ込めばもっと n の大きな軌道に移る.
で n=∞ は完全に電離した状態.

バルマー系列やライマン系列に関して教えてください。

通常は熱によるボルツマン分布が適用されます。

n=2以上の状態を励起状態といいます。

「水素はn=1に電子を持つのになぜn=2以上が存在する」

n=2 以上ももともとあるんだけど, 電子が 1個しかないので n=1 の軌道に入れるのが最も安定だというだけ. エネルギーを突っ込めばもっと n の大きな軌道に移る.

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