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Rydberg-Konstante – Wikipedia Zum Inhalt springen

Rydberg-Konstante

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
(Weitergeleitet von Rydberg-Frequenz)
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Physikalische Konstante
Name Rydberg-Konstante
Formelzeichen <math>R_\infty</math>
Größenart {{{Art}}}

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Wert
SI Vorlage:ZahlExp</math>{{#if:|
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Unsicherheit (rel.) {{{Genauigkeit}}}

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CGS {{{WertCgs}}}

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Planck-Einheiten {{{WertPlanck}}}

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Bezug zu anderen Konstanten
{{{Formel}}}

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Quellen und Anmerkungen
{{{Anmerkung}}}

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| Genauigkeit   = Vorlage:ZahlExp
| Formel        = <math>R_\infty = \frac{\alpha^2 m_\mathrm e c}{2 h}</math>
 <math>\alpha</math> – Feinstrukturkonstante
 <math>m_\mathrm e</math> – Elektronenmasse
 <math>c</math> – Lichtgeschwindigkeit
 <math>h</math> – Planck-Konstante
| Anmerkung     = Quelle SI-Wert: CODATA 2022 (Direktlink)

}}

Die Rydberg-Konstante <math>R_\infty</math> ist eine nach Johannes Rydberg benannte Naturkonstante. Sie tritt in der Rydberg-Formel auf, einer Näherungsformel zur Berechnung von Atomspektren. Ihr Wert ist die als Wellenzahl ausgedrückte Ionisierungsenergie des Wasserstoffatoms unter Vernachlässigung relativistischer Effekte und der Mitbewegung des Kerns (also bei unendlicher Kernmasse, daher der {{#if:trim|Index <math>\infty</math>).}}

Der derzeit empfohlene Wert der Rydberg-Konstante beträgt:<ref name="Wellenzahl">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:CODATA Recommended Values|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=CODATA Recommended Values}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?ryd%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=CODATA Recommended Values}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?ryd}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=CODATA Recommended Values}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:National Institute of Standards and Technology{{#if: 2024-06-12 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}} 

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<math>R_\infty = 10 \, 973 \, 731{,}568 \, 157(12)\,\mathrm{m}^{-1}.</math>

Die relative Standardunsicherheit beträgt Vorlage:ZahlExp.

Zusammenhang mit anderen Naturkonstanten

Die Rydberg-Konstante ist mit der Feinstrukturkonstante α, dem bohrschen Radius a0 und der Compton-Wellenlänge λC,e des Elektrons wie folgt verknüpft:

<math>R_\infty = \frac{\alpha^2}{2} \, \frac{1}{\lambda_\mathrm{C,e}}
               = \frac{\alpha^2}{2} \, \frac{m_\mathrm e c}{h}
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               = \frac\alpha{4\pi a_0}

</math>

Hierbei ist

Rydberg-Frequenz und Rydberg-Energie

Die Rydberg-Konstante wird häufig auch als Frequenz oder als Energie angegeben. Die empfohlenen Werte betragen:<ref name="Frequenz">{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:|{{{autor}}}: }}{{#if:|{{#if:CODATA Recommended Values (2022)|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=CODATA Recommended Values (2022)}}]{{#if:| ({{{format}}})}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?rydchz%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=CODATA Recommended Values (2022)}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?rydchz}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=CODATA Recommended Values (2022)}}}}]}}{{#if:| ({{{format}}}{{#if:National Institute of Standards and Technology{{#if: 2024-06-12 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}} 

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  • Rydberg-Frequenz: <math>R = c \,R_\infty = 3{,}289\,841\,960\,2500(36) \cdot 10^{15} \, \mathrm{Hz}</math>
  • Rydberg-Energie: <math>R_y = h \,R = h \,c \,R_\infty = 2{,}179\,872\,361\,030(24) \cdot 10^{-18} \,\mathrm{J} = 13{,}605\,693\,122\,990(15) \, \mathrm{eV} = 1 \, \mathrm{Ry}.</math>

Der konkrete Wert der Rydberg-Energie <math>R_y</math> wird als Maßeinheit für Energien verwendbar.

Herleitung

Eine erste Herleitung der Rydberg-Konstante <math>R_\infty</math> konnte im Rahmen des Bohrschen Atommodells gegeben werden. Eine modernere Herleitung im Rahmen der Quantenmechanik findet sich im Wasserstoffproblem.

In beiden Fällen gelangt man zu einer Formel für die quantisierten Energieniveaus des Wasserstoffatoms von der Form:

<math>

E_n = -\frac{m_\mathrm e e^4}{8 \varepsilon_0^2 h^2}\cdot \frac{1}{n^2} </math>

Aus der Differenz zweier Energieniveaus

<math> \Delta E = -\frac{ m_\mathrm e e^4}{8 \varepsilon_0^2 h^2} \left( \frac{1}{n_2^2} - \frac{1}{n_1^2} \right)</math>

lässt sich mit

<math>\Delta{E} = \frac{hc}{\lambda}</math>

die Wellenzahl des bei einem solchen Übergang emittierten oder absorbierten Lichtes bestimmen zu

<math> \frac{1}{ \lambda} = \frac{ m_\mathrm e e^4}{8 \varepsilon_0^2 h^3 c} \left( \frac{1}{n_1^2} - \frac{1}{n_2^2} \right).</math>

Der Vergleich mit der Rydberg-Formel zeigt, unter der Annahme eines unendlich schweren Wasserstoffkerns, dass die Rydberg-Konstante gegeben ist durch

<math> R_\infty = \frac{ m_\mathrm e e^4}{8 \varepsilon_0^2 h^3 c}.</math>

Daraus ergibt sich auch, dass die Rydberg-Konstante die Wellenzahl (inverse Wellenlänge) eines Photons ist, dessen Energie der Ionisierungsenergie des Wasserstoffatoms entspricht.

Weblinks

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Einzelnachweise

<references />

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