Quais são as cores emitidas pelo átomo de hidrogênio?
Passo 1
O enunciado pergunta claramente: “Quais são as cores emitidas pelo átomo de hidrogênio?” Não há outros dados fornecidos. Vou identificar quais linhas espectrais do hidrogênio aparecem na região visível e quais cores cada linha corresponde, além de comentar rapidamente as linhas fora do visível.
Passo 2
Conceito essencial (quantização e emissão): quando um elétron num átomo passa de um nível de energia mais alto para um nível mais baixo, sobra uma diferença de energia que é emitida na forma de um fóton (luz). Essa diferença de energia transforma-se em comprimento de onda
do fóton segundo a relação
onde
é a diferença de energia entre os níveis,
é a constante de Planck e
é a velocidade da luz. Aqui cada símbolo significa:
-
: constante de Planck ( ), -
: velocidade da luz ( ), -
: comprimento de onda do fóton emitido (em metros).
Passo 3
Fórmula prática usada para temperaturas usuais: o comprimento de onda das linhas do hidrogênio pode ser obtido pela fórmula de Rydberg
onde
é a constante de Rydberg para o hidrogênio e os símbolos significam:
-
, -
é o número quântico principal do nível inicial ( ), -
é o número quântico principal do nível final.
Explicação curta: para a mesma série (mesmo
) as linhas formam um conjunto; a série de Balmer tem
e é a que contém as linhas visíveis.
Passo 4
Identificar as linhas visíveis: a série de Balmer (
) dá as linhas visíveis (ou próximas do visível). As transições mais fortes e mais comumente observadas são:
-
(H ), -
(H ), -
(H ), -
(H ),
além de transições comque ficam cada vez mais próximas do limite de Balmer (na região próxima do ultravioleta).
Passo 5
Cálculo e cor da linha H
(
):
Logo
Cor percebida: vermelho (vermelho-alaranjado, a linha mais conhecida do hidrogênio).
Passo 6
Cálculo e cor da linha H
(
):
Cor percebida: azul-esverdeado (às vezes descrito como azul-ciano).
Passo 7
Cálculo e cor da linha H
(
):
Cor percebida: violeta/azul-violeta.
Passo 8
Cálculo e cor da linha H
(
):
Cor percebida: violeta (próximo do ultravioleta).
Passo 9
Limite da série de Balmer e outras séries:
- O limite de Balmer (
com ) fornece
que já está no ultravioleta próximo (praticamente invisível ao olho humano).
- Outras séries importantes: Lyman (
) está no ultravioleta (por exemplo Lyman- ), e Paschen, Brackett, Pfund ( respectivamente) ficam no infravermelho (por exemplo Paschen- ) — estas não são visíveis ao olho humano.
Passo 10
Observação sobre “cores”: a correspondência entre
e um nome de cor é aproximada, porque percepção de cor depende da sensibilidade do olho, intensidade da linha e mistura com outras linhas. Em situações práticas (laboratório, nebulosas, lâmpadas de hidrogênio) as quatro linhas da Balmer acima são as que produzem as cores visíveis associadas ao hidrogênio.
Resposta
Vermelho:
(H
)
Azul‑esverdeado (ciano): (H
)
Violeta (azul‑violeta): (H
)
Violeta (próximo do UV): (H
)
Azul‑esverdeado (ciano):
Violeta (azul‑violeta):
Violeta (próximo do UV):