Calculadora de níveis de energia do hidrogênio

O hidrogênio tem um próton e um elétron, sendo o átomo mais simples e um modelo fundamental da física quântica. Na descrição de Bohr, o elétron só pode ocupar níveis estacionários discretos, identificados pelo número quântico principal positivo n. A energia de um nível é menos 13.6 elétron-volts divididos por n ao quadrado. A energia negativa indica que o elétron está ligado ao núcleo; zero corresponde a um elétron livre infinitamente distante. Conforme n aumenta, os níveis ficam menos negativos e se aproximam uns dos outros perto do limite de ionização. Um elétron que muda entre dois níveis permitidos deve trocar um fóton cuja energia seja igual ao módulo da diferença de energia dos níveis. Uma transição de um número quântico principal maior para um menor emite um fóton; a transição inversa absorve um fóton. O comprimento de onda é obtido da energia pela relação de Planck, enquanto a frequência é a energia dividida pela constante de Planck. Esta calculadora usa uma constante prática de energia-comprimento de onda de 1239.841984 elétron-volts nanômetros e a constante de Planck em elétron-volts segundos. As linhas espectrais do hidrogênio formam séries nomeadas conforme o nível final. Transições que terminam em n igual a um pertencem à série de Lyman e são principalmente ultravioletas. As que terminam em n igual a dois formam a série de Balmer, cujas primeiras linhas incluem luz visível vermelha, azul-esverdeada e violeta. As que terminam em n igual a três formam a série infravermelha de Paschen. A conhecida linha Balmer-alfa vem de n igual a três para n igual a dois e tem comprimento de onda próximo de 656.4 nanômetros. Lyman-alfa vem de dois para um, perto de 121.6 nanômetros. O cálculo representa hidrogênio ideal e isolado, sem estrutura fina. Linhas observadas podem se dividir ou deslocar devido ao spin eletrônico, correções relativísticas, movimento nuclear, campos elétricos e magnéticos, colisões, alargamento por pressão e movimento Doppler. A massa reduzida do sistema elétron-próton também faz o valor mais preciso de Rydberg diferir um pouco do modelo simples de massa nuclear infinita. Esses efeitos importam na espectroscopia de precisão, mas geralmente são muito menores que a separação principal dos níveis de Bohr. Insira níveis inteiros, pois os números quânticos principais não podem ser fracionários nem zero. Inverter os níveis mantém a energia, a frequência e o comprimento de onda do fóton, mas troca emissão por absorção. Níveis iguais não representam uma transição e, portanto, não produzem fóton. A calculadora é útil para estudos de física, estimativas espectroscópicas e conferência de conversões de unidades de energia. Ela não deve ser aplicada diretamente a átomos multieletrônicos, cujas interações entre elétrons geram estruturas de níveis bastante diferentes.