Serie Pickering

La serie Pickering (también conocida como serie Pickering-Fowler ) consta de tres líneas de helio individualmente ionizado que se encuentran, generalmente en absorción, en los espectros de estrellas calientes como las estrellas Wolf-Rayet . El nombre proviene de Edward Charles Pickering ^[1] y Alfred Fowler . ^[2] Las líneas se producen por transiciones desde un nivel de energía superior de un electrón a un nivel con número cuántico principal n = 4. Las líneas tienen longitudes de onda:

• 10124 Å ( n = 5 an = 4) (infrarrojos)
• 6560 Å ( n = 6 an = 4) 
• 5412 Å ( n = 7 an = 4) 
• 4859 Å ( n = 8 an = 4) 
• 4541 Å ( n = 9 an = 4) 
• 4339 Å ( n = 10 an = 4) 
• 3645,56 Å ( n = ∞ an = 4, límite teórico, ultravioleta)

Las transiciones desde los estados pares n se superponen con las líneas de hidrógeno y, por lo tanto, quedan enmascaradas en los espectros estelares de absorción típicos. Sin embargo, se ven en emisión en los espectros de las estrellas Wolf-Rayet, ya que estas estrellas tienen poco o nada de hidrógeno.

En 1896, Pickering publicó observaciones de líneas previamente desconocidas en el espectro de la estrella Zeta Puppis . ^[3] Pickering atribuyó la observación a una nueva forma de hidrógeno con niveles de transición semienteros . ^{[4] [5]} Fowler logró producir líneas similares a partir de una mezcla de hidrógeno y helio en 1912 y apoyó la conclusión de Pickering sobre su origen. ^[6] Niels Bohr , sin embargo, incluyó un análisis de la serie en su 'trilogía' ^{[7] [8]} sobre la estructura atómica ^{[9] y concluyó que Pickering y Fowler estaban equivocados y que las líneas espectrales surgen en cambio de} helio individualmente ionizado. , Él ⁺ . ^[10] Fowler se mostró inicialmente escéptico ^[11] pero finalmente se convenció ^[12] de que Bohr tenía razón, ^[7] y en 1915 "los espectroscopistas habían transferido [la serie de Pickering] definitivamente [del hidrógeno] al helio". ^{[1] [13]} El trabajo teórico de Bohr sobre la serie de Pickering había demostrado la necesidad de "un reexamen de problemas que parecían ya haber sido resueltos dentro de las teorías clásicas" y proporcionó una confirmación importante para su teoría atómica. ^[1]

Fórmula de longitud de onda

Las diferencias de energía entre niveles en el modelo de Bohr y, por tanto, las longitudes de onda de los fotones emitidos o absorbidos, vienen dadas por la fórmula de Rydberg: ^[14]

$${\displaystyle {\frac {1}{\lambda }}=Z^{2}R_{M}\left({\frac {1}{{n_{1}}^{2}}}-{\frac {1}{{n_{2}}^{2}}}\right)}$$

• ${\displaystyle Z}$es el número atómico ,
• ${\displaystyle n_{1}}$es el número cuántico principal del nivel de energía inferior,
• ${\displaystyle n_{2}}$es el número cuántico principal del nivel de energía superior, y
• ${\displaystyle R_{M}}$es la constante de Rydberg para un núcleo de masa . Se sigue con la masa reducida del núcleo y es constante de Rydberg . ${\displaystyle M}$ ${\displaystyle R_{M}={\frac {\mu }{m_{e}}}R_{\infty }}$ ${\displaystyle \mu }$ ${\displaystyle R_{\infty }={\frac {m_{e}{q_{e}}^{4}}{64\pi ^{3}{\varepsilon _{0}}^{2}\hbar ^{3}c}}}$

Para el helio, la serie de Pickering-Fowler es para y, por lo tanto , la masa reducida para es , que generalmente se aproxima a (de hecho, aunque este número cambia para cada isótopo de helio , es aproximadamente constante). Se puede utilizar una descripción más precisa con el modelo del átomo de Sommerfeld. ${\displaystyle Z=2}$ ${\displaystyle n_{1}=4}$ ${\displaystyle {}_{2}^{4}{\text{He}}^{+}}$ ${\displaystyle \mu ={\frac {1}{{\frac {1}{m_{e}}}+{\frac {1}{2m_{p}+2m_{n}}}}}}$ ${\displaystyle {\frac {\mu }{m_{e}}}={\frac {1}{1+{\frac {m_{e}}{2m_{p}+2m_{n}}}}}\approx 0.99986396}$ ${\displaystyle 1}$

El límite teórico para la longitud de onda en Pickering-Fowler está dado por: , que es aproximadamente 364,556 nm, que es el mismo límite que en la serie de Balmer (serie espectral de hidrógeno para ). Observe cómo las transiciones en la serie de Pickering-Fowler para n=6,8,10 (6560Å,4859Å y 4339Å respectivamente), son casi idénticas a las transiciones en la serie de Balmer para n=3,4,5 (6563Å,4861Å y 4340Å respectivamente). El hecho de que la serie Pickering-Fowler tenga entradas entre esos valores llevó a los científicos a creer que se debía al hidrógeno con medias transiciones ("mitad-hidrógeno"). Sin embargo, Niels Bohr demostró con su modelo que se debía al helio , un átomo similar al hidrógeno, monoionizado . Esto también muestra la previsibilidad del modelo de Bohr. ${\displaystyle \lambda _{\infty }^{\text{PF}}={\frac {4}{R_{\infty }}}}$ ${\displaystyle n_{2}=2}$ ${\displaystyle {}_{2}{\text{He}}^{+}}$

Ver también

• Serie espectral de hidrógeno
• fórmula de rydberg
• modelo de bohr
• modelo sommerfeld

Referencias

1. , Nadia (1983). "El espectro de ζ Puppis y la evolución histórica de los datos empíricos". Estudios Históricos en las Ciencias Físicas . 14 (1): 123–145. doi :10.2307/27757527. JSTOR  27757527.
2. Lakatos, Imre (1980). "Bohr: un programa de investigación que avanza sobre bases inconsistentes". En Worrall, John; Currie, Gregory (eds.). La Metodología de los Programas de Investigación Científica . Prensa de la Universidad de Cambridge. págs. 55–68. ISBN 9780521280310.
3. Pickering, CE (1896). "Estrellas que tienen espectros peculiares. Nuevas estrellas variables en Crux y Cygnus". Circular del Observatorio de la Universidad de Harvard . 12 : 1–2. Código bibliográfico : 1896HarCi..12....1P. Publicado también como: Pickering, EC ; Fleming, WP (1896). "Estrellas que tienen espectros peculiares. Nuevas estrellas variables en Crux y Cygnus". Revista Astrofísica . 4 : 369–370. Código bibliográfico : 1896ApJ.....4..369P. doi : 10.1086/140291 .
4. Pickering, CE (1897). "Estrellas que tienen espectros peculiares. Nuevas estrellas variables en Crux y Cygnus". Astronomische Nachrichten . 142 (6): 87–90. Código bibliográfico : 1896AN....142...87P. doi :10.1002/asna.18971420605.
5. Pickering, CE (1897). "El espectro de zeta Puppis". Revista Astrofísica . 5 : 92–94. Código bibliográfico : 1897ApJ.....5...92P. doi : 10.1086/140312 .
6. Cazador de aves, A. (1912). "Observaciones de la Serie Principal y otras Líneas del Espectro del Hidrógeno". Avisos mensuales de la Real Sociedad Astronómica . 73 (2): 62–63. Código bibliográfico : 1912MNRAS..73...62F. doi : 10.1093/mnras/73.2.62 .
7. Hoyer, Ulrich (1981). "Constitución de átomos y moléculas". En Hoyer, Ulrich (ed.). Niels Bohr - Obras completas: Volumen 2 - Trabajo sobre física atómica (1912-1917) . Ámsterdam: Editorial de Holanda Septentrional. Págs. 103 a 316 (especialmente págs. 116 a 122). ISBN 978-0720418002.
8. Kennedy, PJ (1985). "Una breve biografía" . En francés, AP; Kennedy, PJ (eds.). Niels Bohr: un volumen centenario . Prensa de la Universidad de Harvard. págs. 3-15. ISBN 978-0-674-62415-3.
9. Bohr, N. (1913). «Sobre la constitución de átomos y moléculas, parte I» (PDF) . Revista Filosófica . 26 (151): 1–25. Código Bib : 1913PMag...26....1B. doi :10.1080/14786441308634955.
   Bohr, N. (1913). "Sobre la constitución de átomos y moléculas, parte II: Sistemas que contienen un solo núcleo" (PDF) . Revista Filosófica . 26 (153): 476–502. Código Bib : 1913PMag...26..476B. doi :10.1080/14786441308634993.
   Bohr, N. (1913). "Sobre la constitución de átomos y moléculas, parte III: Sistemas que contienen varios núcleos". Revista Filosófica . 26 (155): 857–875. Código bibliográfico : 1913PMag...26..857B. doi :10.1080/14786441308635031.
10. Bohr, N. (1913). "Los espectros del helio y el hidrógeno". Naturaleza . 92 (2295): 231–232. Código Bib :1913Natur..92..231B. doi :10.1038/092231d0. S2CID  11988018.
11. Cazador de aves, A. (1913). "Los espectros del helio y el hidrógeno". Naturaleza . 92 (2291): 95–96. Código Bib :1913Natur..92...95F. doi :10.1038/092095b0. S2CID  3972599.
12. Cazador de aves, A. (1913). "Responder a: Los espectros de helio e hidrógeno". Naturaleza . 92 (2295): 232–233. Código Bib :1913Natur..92..232F. doi :10.1038/092232a0. S2CID  3981817.
13. Bohr, N. (1915). "Los espectros del hidrógeno y el helio". Naturaleza . 95 (6–7): 6–7. Código Bib :1915Natur..95....6B. doi :10.1038/095006a0. S2CID  3947572.
14. Bohr, Niels (1985), "El descubrimiento de Rydberg de las leyes espectrales", en Kalckar, J. (ed.), N. Bohr: Collected Works , vol. 10, Amsterdam: North-Holland Publ., págs. 373–9

enlaces externos

• PROTO-HIDRÓGENO