Vesiniku spektrijooned

Elementidele omased spektrijooned on kõige lihtsamini arusaadavad 1 elektronise ja 1 prootonilise vesiniku näitel.
Üleval on näide vesiniku spektrijoontest nähtavas valguses. Iga uus joon tähistab erinevust elektronide energiatasemetes. Osad jooned jäävad ka infrapuna ja UV kiirguse piirkonda. Sarnaselt teiste elementidega asuvad energilisemad energiatasemed üksteisele lähedamal mis väljendub vastavate spektrijoonte lähedasemas paiknemises ning ka nähtava valguse vahemikus paistab kõrgema energiaga sinise piirkonna joonte tihedamat paiknemist.

Vesiniku puhul on madalaima elektroni energiataseme energia -13,6 eV mis tähistab seda, et elektroni tõstmiseks aatomist vabanemiseni on vaja anda sellele 13,6 eV energiat. Lihtsustades leiab elektroni langusel tagasi esimese kihini vabanenud footoni energia täisarvulise n väärtuse abil ülal parempoolse valemi järgi.


Bohri raadius on elektroni tuumale kõige lähedasem ja madalama energiaga kaugus. Elektroni enda lainepikkus kasvab n kordselt iga kõrgema energiatasemega. Bohri raadiusega on illustreeritud osaliselt tõenäoliseid asukohti.
Viites on ka kalkulaator Z prootonilise aatomi a kihilt b kihile langemise energia leidmiseks. Kõrgemalt kihil alla langemise energia väheneb iga lisakihiga eksponentsiaalselt muutudes ka n=miljon kihilt n=1 kihile langedes ~13,6 eV võrra. Iga lisaprootoniga kasvab footoni energia samade energiatasemetega kihtide vahel langedes paarkümmend protsenti saavutades ~100 Z aatomitel n=2'lt n=1 juurde langedes gamma kiirguse energia (10 000 eV) kuigi püsivalt avaldavad sellest kõrgematelt kihtidel langused proportsionaalsed järjest vähem mõju.

Vesiniku umbkaudsed spektrijooned. Astronoomias arvutatakse tihti nende joonte järgi punanihet kuna vesinik on levinud ja isegi tugeva punanihke korral säilib nende spektrijoonte vahel umbes proportsionaalne asetsus.


Linnutee raadioteleskoobi järgi tuvastades vesiniku 1420 MHz 21 cm lainepikkusega laineid. Suure lainepikkuse tõttu pääseb see kiirgus läbi tolmupilvede paremini kui nähtav valgus.


Kui n=2 energia võis tõsta elektroni s kihilt p kihile, siis selle 21 cm väikese energiaga kiirguse tekkel ei paista muutust elektronkihis vaid väiksema energiaga muutus elektroni spinnis.




Vesiniku spektrijooned ei ole täpsemal vaatlusel üksikud vaid koosnevad kahest omavahel ~0,016 nm kaugusel asuvast lainepikkusest 0.000045 eV erinevusega energiatasemetes. Võrdlusena on ülal tavalisest vesinikust neutroni võrra raskema deuteeriumi jooned kus lisaneutronil paistis veidi suuremat mõju spektrijoontele. See kahestumine on nimega fine structure ning see on üks varasemaid tõendeid spinnide olemasolust. Jaotumise ulatuse järgi paistab elektronkihis oleva magnetvälja tugevus 0,4 teslat. Spektrijooned jaotuvad välise magnetvälja mõjul (Zeeman'i efekt) aga ka aatomis tekib magnetväli elektriliselt laetud elektroni liikumisel, sest nagu ikka põhjustab elektrilise laenguga osakese liikumine magnetvälja teket.
Võrdlusena on tekib naatriumis ~18 teslane magnetväli.
Selle sisemise magnetvälja valem:
B ehk magnetväli teslades=erinevus lõhestunud spektrijoonte energias elektronvoltides/(bohri magneton ehk 5.79 x 10^-5 eV/T x elektroni g faktor ehk 2). Minnes mõttelisse äärmusesse eeldades 1 eV erinevusega spektrijoone paari olemasolusse peaks sellises osakeses olema ~8600 teslat. 2 eV korral oleks see 17200 teslat ja 0,5 eV korral 4300 teslat.