Le spectre d'émission de l'hydrogène
L'examen détaillé du spectre d'émission de l'hydrogène fut mené par Balmer en 1885. Il put mettre en évidence 35 raies dans le domaine du visible et du proche ultraviolet, dont les longueurs d'onde sont comprises entre 656,46 nm et 364,66 nm. Un spectre continu s'étend en deçà de cette dernière valeur. La figure suivante montre ce spectre obtenu sur un film photographique.
Rydberg établit en 1900 une loi empirique permettant de retrouver précisément les longueurs d'onde d'émission de cette série de raies :
\(\mathbf{\frac{1}{\lambda}=\textrm R_\textrm H.\Bigg[\frac{1}{2^2}-\frac{1}{n^2}\Bigg]}\)
où \(\textrm R_\textrm H\) est une constante appelé constante de Rydberg dont la valeur déterminée expérimentalement vaut 109677,30 cm-1 et \(\mathrm{n}\) est un entier strictement supérieur à 2.
Au début du vingtième siècle, quand les techniques spectroscopiques permirent de regarder au delà du domaine visible, Lyman découvrit en 1906 une autre série de raies dans le domaine ultraviolet, puis Paschen détecta une série dans le domaine infrarouge en 1909. On dénombre en tout 5 séries détectées expérimentalement. Elles peuvent être analysés par une formule empirique similaire à celle de Balmer :
\(\mathbf{\frac{1}{\lambda}=\textrm R_\textrm H.\Bigg[\frac{1}{n_f^2}-\frac{1}{n_i^2}\Bigg]}\)
Il s'agit de la loi de Ritz, énoncée en 1908. \(\mathrm{n_f}\) et \(\mathrm{n_i}\) sont deux entiers strictement positifs (\(\mathrm{n_f<n_i}\)).
Les séries observées se distinguent par la valeur de \(\mathrm{n_f}\) :
\(\mathrm{n_f}\) | Série | Région |
1 | Lyman | Ultraviolet |
2 | Balmer | Visible et proche UV |
3 | Paschen | Infrarouge |
4 | Brackett | Infrarouge |
5 | Pfund | Infrarouge |