뤼드베리 공식

뤼드베리 공식(영어: Rydberg formula)은 입자 물리학에서 대부분의 원소 스펙트럼 계열의 파장을 정확하게 구할 수 있는 공식으로, 1888년 스웨덴의 요하네스 뤼드베리가 발견하였다.

공식

수소의 경우

수소의 경우:

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

여기서

${\displaystyle \lambda \!}$는 진공 속에서의 빛의 파장,

${\displaystyle R_{\infty }\!}$ 은 무한대에서 ${\displaystyle n_{1}}$로 전이될 때의 뤼드베리 상수,

${\displaystyle n_{1}\!}$ 와 ${\displaystyle n_{2}\!}$ 은 정수이며 ${\displaystyle n_{1}<n_{2}\!}$여야 한다.

${\displaystyle n_{1}}$을 1로 하고, ${\displaystyle n_{2}}$를 2로 하여 1씩 증가시키면 다음과 같은 스펙트럼 계열의 뤼드베리 상수가 구해진다. 예를 들자면, 라이먼 계열인 경우 91 nm이며, 나머지는 :

n1	n2	계열	상수
1	2 → ∞	라이먼 계열	91.13 nm (자외선)
2	3 → ∞	발머 계열	364.51 nm (가시광선)
3	4 → ∞	파셴 계열	820.14 nm (적외선)
4	5 → ∞	브래킷 계열	1458.03 nm (적외선)
5	6 → ∞	푼트 계열	2278.17 nm (적외선)
6	7 → ∞	험프리 계열	3280.56 nm (적외선)

대부분의 다른 원소의 경우

수소꼴 원자(hydrogen-like atom; 총 전자 수가 1개인 이온을 말하며, He⁺, Li²⁺, Be³⁺ 등)로 확대시키면:

${\displaystyle {\frac {1}{\lambda _{\mathrm {vac} }}}=RZ^{2}\left({\frac {1}{n_{1}^{2}}}-{\frac {1}{n_{2}^{2}}}\right)}$

여기서

${\displaystyle \lambda _{\mathrm {vac} }\!}$는 진공 속에서의 빛의 파장,

${\displaystyle R\!}$는 그 원소의 뤼드베리 상수,

${\displaystyle Z\!}$는 원자 번호 (어떤 원자의 양성자의 수 = 원자 번호)

${\displaystyle n_{1}\!}$ and ${\displaystyle n_{2}\!}$는 정수이며 ${\displaystyle n_{1}<n_{2}\!}$여야 한다.

뤼드베리 공식은 이러한 수소꼴 원소들을 대상으로 만들어진 것이며, 1개의 활성 전자를 가진 것은 확인할 수 없다.

따라서, 수정하자면 (바꾸면 Z에서 Z−1, 정수 1 과 2 중 1개를 선택해서 빼야만 3⁄4 크기의 역수를 만들 수 있다), 뤼드베리 공식은 K-알파 선의 모든 스펙트럼에서 정확하게 계산되며, 이는 곧 전자 오비탈 분포가 1s2 2s2 2p6까지 되어 있는 전자를 가진 원소의 스펙트럼 선이 정확함을 말한다. 다시 말하자면 뤼드베리 공식 f = c/λ = (라이먼 계열 알파 선의 파장의 주파수)*(Z−1)² (모즐리의 법칙에 의함) (c는 파장의 주파수로 값이 변할 수 있다)이며, 우리는 이것을 이용하여 어떤 특정 스펙트럼 선의 파장을 예상할 수 있다. (K_α 이용) 한편, X 선 스펙트럼의 경우 알루미늄과 금에서 많이 나타난다.

한편, 2개 이상의 전자를 가진 원소의 스펙트럼 파장을 구하기 위해 뤼드베리 공식을 적용시키면, 오히려 틀린 결과를 내놓는 것에 주의해야 한다.

같이 보기

• 발머 계열
• 수소선