Loading article…
物理学および化学において、ライマン系列とは、水素原子の電子が主量子数n ≥ 2からn = 1 (電子の最低エネルギー準位 (基底状態))に遷移する際に生じる、水素原子の紫外線発光線からなるスペクトル系列のことである。これらの遷移はギリシャ文字で順に命名され、n = 2からn = 1 への遷移はライマンα 、3 から 1 への遷移はライマンβ、4 から 1 への遷移はライマンγ、といった具合である。この系列は、発見者であるセオドア・ライマンにちなんで名付けられた。主量子数の差が大きいほど、電磁波のエネルギーは高くなる。
ライマン系列スペクトルの最初の線は、1906年に物理学者セオドア・ライマン4世によって発見されました。彼は電気的に励起された水素ガスの紫外線スペクトルを研究していました。スペクトルの残りの線（すべて紫外線領域）は、ライマンによって1906年から1914年にかけて発見されました。水素から放出される放射線のスペクトルは、連続的ではなく、離散的です。以下に、水素の発光線の最初の系列の図を示します。
歴史的に、水素スペクトルの性質を説明することは物理学における大きな問題でした。 1885年にバルマー式が可視水素スペクトルの経験式を与えるまで、誰も水素線の波長を予測できませんでした。それから5年以内に、ヨハネス・リュードベリは問題を解決する経験式を考案し、1888年に初めて発表し、1890年に最終形を発表しました。リュードベリは、既知のバルマー系列の輝線に一致する式を見つけ出し、まだ発見されていない輝線も予測することに成功しました。リュードベリ式のさまざまなバージョンでは、異なる単純な数値によって異なる輝線系列が生成されることが分かりました。
2011年12月1日、ボイジャー1号が天の川銀河から発せられる初のライマンアルファ放射を検出したと発表された。ライマンアルファ放射はこれまで他の銀河から検出されていたが、太陽の干渉により天の川銀河からの放射は検出できなかった。[ 1 ]
ライマン系列を生成したリュードベリ公式のバージョンは次のとおりです。 [ 2 ] ここで、 nは2以上の自然数である（つまり、n = 2、3、4、...）。
したがって、上の画像に見られる線は、右側がn = 2に対応する波長、左側がn → ∞に対応する波長です。スペクトル線は無限に存在しますが、 n → ∞（ライマン限界）に近づくにつれて非常に密になるため、最初の数本の線と最後の1本だけが表示されます。
ライマン系列の波長はすべて紫外線である。
1914年、ニールス・ボーアがボーアモデル理論を発表した際、水素スペクトル線がリュードベリの公式に適合する理由が説明された。ボーアは、水素原子に束縛された電子は、次の式で表される量子化されたエネルギー準位を持たなければならないことを発見した。
ボーアの第3の仮定によれば、電子が初期エネルギー準位E iから最終エネルギー準位E fに遷移するたびに、原子は波長の放射線を放出しなければならない。
エネルギーを電子ボルト単位で、波長をオングストローム単位で扱う場合、より便利な表記法もあります。
上記の式のエネルギーを、初期エネルギーがエネルギー準位nに対応し、最終エネルギーがエネルギー準位mに対応する水素原子のエネルギーの式に置き換えると、
ここで、R H は、リュードベリの古くから知られている公式から得られる水素のリュードベリ定数です。これはまた、リュードベリ定数の逆数がライマン限界に等しいことを意味します。
ボーア、リュードベリ、ライマン間の関係については、mを1に置き換えることで、
これは、ライマン系列に関するリュードベリの公式です。したがって、各発光線の波長は、電子が特定のエネルギー準位（1より大きい）から最初のエネルギー準位に遷移することに対応します。
