Calculadora de niveles de energía del hidrógeno

El hidrógeno tiene un protón y un electrón, lo que lo convierte en el átomo más sencillo y en un modelo fundamental de la física cuántica. En la descripción de Bohr, el electrón solo puede ocupar niveles estacionarios discretos, identificados por el número cuántico principal positivo n. La energía de un nivel es menos 13.6 electronvoltios dividido entre n al cuadrado. La energía negativa indica que el electrón está ligado al núcleo; el cero corresponde a un electrón libre a una distancia infinita. Al aumentar n, los niveles son menos negativos y se agrupan cerca del límite de ionización. Un electrón que pasa entre dos niveles permitidos debe intercambiar un fotón cuya energía sea igual al valor absoluto de la diferencia de energía. Una transición de un número cuántico principal mayor a uno menor emite un fotón; la transición inversa lo absorbe. La longitud de onda se obtiene de la energía mediante la relación de Planck, y la frecuencia equivale a la energía dividida entre la constante de Planck. Esta calculadora usa una constante energía-longitud de onda de 1239.841984 electronvoltios nanómetro y la constante de Planck en electronvoltios segundo. Las líneas espectrales del hidrógeno forman series con nombre según su nivel final. Las transiciones que terminan en n igual a uno pertenecen a la serie de Lyman y son principalmente ultravioletas. Las que terminan en n igual a dos forman la serie de Balmer, cuyas primeras líneas incluyen luz visible roja, azul verdosa y violeta. Las que terminan en n igual a tres forman la serie infrarroja de Paschen. La conocida línea Balmer-alfa procede de n igual a tres a n igual a dos y tiene una longitud de onda cercana a 656.4 nanómetros. Lyman-alfa corresponde a dos a uno, cerca de 121.6 nanómetros. El cálculo representa hidrógeno ideal y aislado, sin estructura fina. Las líneas observadas pueden dividirse o desplazarse por el espín electrónico, las correcciones relativistas, el movimiento nuclear, los campos eléctricos y magnéticos, las colisiones, el ensanchamiento por presión y el movimiento Doppler. La masa reducida del sistema electrón-protón también hace que el valor más preciso de Rydberg difiera ligeramente del modelo simple de masa nuclear infinita. Estos efectos importan en espectroscopia de precisión, pero suelen ser mucho menores que la separación principal entre niveles de Bohr. Introduce niveles enteros, porque los números cuánticos principales no pueden ser fraccionarios ni cero. Invertir los niveles no cambia la energía, frecuencia o longitud de onda del fotón, pero intercambia emisión y absorción. Los niveles iguales no representan una transición y no producen ningún fotón. La calculadora es útil para cursos de física, estimaciones espectroscópicas y comprobaciones de conversión de unidades de energía. No debe aplicarse directamente a átomos multielectrónicos, cuyas interacciones electrónicas generan estructuras de niveles muy diferentes.