Experimentalphysik III (Atomphysik)

52 Kapitel 3. Licht als elektromagnetische Welle, Wechselwirkung mit Materie
1908: Ritzsches Kombinationsprinzip: Die Differenz der Wellenzahlen (Frequenzen) zweier Linien
einer Serie ist gleich der Wellenzahl (Frequenz) einer Linie, die im gleichen Atom in einer anderen
Serie tatsächlich auftritt.
(T n1 − T n ′ 1
) − (T − T n1 n ′′ )=(T − T
1
n2 n ′ ) .
2
Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Entdeckung der Lyman– und Pfund–Serie mit enormen
Meßschwierigkeiten verbunden war.
Wasserstoff ist das einfachste (Einelektronen) Atom. Chemisch identisch ist der schwere Wasserstoff
(Deuterium), der von Urey im H–Spektrum entdeckt wurde, da wegen RD �= RH die
Linien im Spektrum etwas verschoben sind. Es gilt jedoch die gleiche Serienformel.
Geht man vom Ein– zum Zweielektronensystem über (Helium), so findet man gleich ein sehr
kompliziertes Spektrum. Es ist nur erklärbar durch zwei getrennte Termschemata. Man glaubte
zunächst an zwei Sorten Helium: Ortho– und Parahelium. Jedoch in Funken (und bei astronomischen
Beobachtungen) fand man ein He + –Spektrum und Serien (z.B. Fowler–Serie, Pickering–
Serie u.a.), die ähnlich den Wasserstoffserien sind. Ebenso bei Li ++ –Spektren. Diese Ergebnisse
bestätigten die Bohrsche Vorstellung, daß die Spektren aller Atome bzw. Ionen mit nur einem
Elektron gleich sein müßten, bis auf den Faktor Z2 und der Rydbergzahl. Also sollte das Spektrum
des H–Atoms zugleich die Spektren von He + ,Li ++ ,Be +++ oder allgemein aller Ionen, die
nur ein Elektron besitzen, erklären. Also gilt
ν = R · Z 2
�
1 1
−
n2 n ′2
�
für wasserstoffähnliche Spektren.
mit RH �= R + He
�= R ++ Li
�= usw.
Diese Aussage wurde zusammengefaßt im Spektralen Verschiebungssatz wasserstoffähnlicher
Spektren von Kossel und Sommerfeld 1916:
Das Spektrum eines beliebigen Atoms ist sehr ähnlich dem Spektrum des einfach
positiv geladenen Atoms, das im Periodensystem folgt.
Chemisch verwandt mit dem Wasserstoff sind Alkali–Atome (ein ” Leuchtelektron“). Die Spektren
sind aber deutlich komplizierter: Es treten Haupt– und Nebenserien auf. Es gilt:
ν = RNa · (Z − σ) 2
�
1
−
(n + s) 2
1
(n ′ + p) 2
�
n ′ = n +1,n+2,...
Messungen mit besserer Auflösung zeigen, daß Einelektronenatome Dublett–Struktur, Paraheliumatome
Singulett–, Orthoheliumatome Triplett– Struktur besitzen. Dies deutet auf eine Feinstruktur
der Spektrallinien hin (vgl. Kapitel 6.5).
Bringt man eine Lichtquelle in ein elektrisches oder magnetisches Feld, so erfolgt eine Aufspaltung
der Spektrallinien. Im elektrischen Feld nennt man diese Beobachtung Stark–Effekt und
im magnetsichen Feld spricht man vom Zeeman–Effekt, den wir im folgenden noch abhandeln
werden.