Енергетични нива. Излъчване и поглъщане
Според модела на Нилс Бор (1913 г.) атомът може да се намира само в определени стационарни състояния с точно определени енергии, наречени енергетични нива. Състоянието с най-малка енергия е основното. Когато атомът премине от по-високо в по-ниско ниво, той излъчва фотон с енергия, равна на разликата между нивата; когато погълне такъв фотон, преминава в по-високо ниво. Затова всеки газ има свой линеен спектър, по който се разпознава; на това се основава спектралният анализ.
Какво да запомним
- Енергия на фотона при преход: h·ν = Em − En.
- Водород: En = −13,6/n2 eV; енергия на йонизация от основно състояние 13,6 eV.
- Разреден нагрят газ дава линеен спектър; нажежено твърдо тяло дава непрекъснат.
- Тъмните (Фраунхоферови) линии в спектъра на Слънцето са линии на поглъщане.
- Хелият е открит първо в спектъра на Слънцето.
Пример
При прехода на водородния атом от n = 2 в n = 1 се излъчва фотон с енергия 13,6·(1 − 1/4) = 10,2 eV, в ултравиолетовата област.
Проверете се: 20 въпроса
Натиснете въпроса, за да видите верния отговор и обяснението.
Как се нарича състоянието на атома с най-малка енергия?
- Възбудено състояние
- Йонизирано състояние
- Основно състояние
- Метастабилно състояние
Отговор: Основно състояние
В него атомът може да стои неограничено дълго.
Кой учен през 1913 г. предлага модел на атома със стационарни орбити и квантови преходи?
- Ърнест Ръдърфорд
- Нилс Бор
- Джоузеф Томсън
- Луи дьо Бройл
Отговор: Нилс Бор
Постулатите на Бор обясняват линейчатия спектър на водорода.
Енергията на водородния атом е En = −13,6/n2 eV. Колко е енергията при n = 2?
- −6,8 eV
- −13,6 eV
- −3,4 eV
- −1,51 eV
Отговор: −3,4 eV
E2 = −13,6/4 = −3,4 eV.
Каква енергия има фотонът, излъчен при прехода на водородния атом от n = 3 в n = 2?
- ≈ 12,09 eV
- ≈ 1,51 eV
- ≈ 1,89 eV
- ≈ 3,4 eV
Отговор: ≈ 1,89 eV
E = 13,6·(1/4 − 1/9) ≈ 1,89 eV, което отговаря на λ ≈ 656 nm.
Каква минимална енергия е нужна, за да се йонизира водороден атом, който е в състояние n = 2?
- 13,6 eV
- 3,4 eV
- 10,2 eV
- 6,8 eV
Отговор: 3,4 eV
Електронът трябва да се издигне от E2 = −3,4 eV до 0.
Какво се случва с атома, когато погълне фотон с подходяща енергия?
- Разпада се
- Преминава във възбудено състояние
- Губи протон
- Нищо не се променя
Отговор: Преминава във възбудено състояние
Електронът преминава на по-високо енергетично ниво и атомът става възбуден.
Какво излъчва атомът при преход от по-високо към по-ниско енергетично ниво?
- Електрон
- Протон
- Неутрон
- Фотон
Отговор: Фотон
Разликата в енергиите на нивата се отнася от излъчения фотон.
Каква е честотата на фотона, излъчен при преход от ниво Em към по-ниско ниво En?
- ν = (Em − En)/h
- ν = h(Em − En)
- ν = (Em + En)/h
- ν = EmEn/h
Отговор: ν = (Em − En)/h
Според втория постулат на Бор hν = Em − En.
Колко различни спектрални линии могат да излъчат водородни атоми, възбудени до ниво n = 3?
- 1
- 2
- 3
- 6
Отговор: 3
Възможните преходи са 3→2, 3→1 и 2→1, т.е. три линии.
Колко пъти радиусът на боровата орбита при n = 3 е по-голям от радиуса при n = 1?
- 3
- 9
- 6
- 27
Отговор: 9
Радиусите на стационарните орбити растат като n2: 32 = 9.
Какъв спектър излъчва нагрят разреден газ?
- Непрекъснат
- Линеен (линейчат)
- Само инфрачервен
- Няма спектър
Отговор: Линеен
Всеки химичен елемент има свои характерни линии.
За какво се използва спектралният анализ?
- За определяне на химичния състав на веществата
- За измерване на масата на телата
- За измерване на налягането
- За определяне на електричния заряд
Отговор: За химичния състав
По линиите в спектъра се разпознават елементите, дори в далечни звезди.
Какво представляват тъмните (Фраунхоферови) линии в спектъра на Слънцето?
- Сенки от планетите
- Линии на излъчване на Земята
- Дефекти на спектроскопа
- Линии на поглъщане от атомите в по-студените външни слоеве
Отговор: Линии на поглъщане
Атомите поглъщат същите дължини на вълните, които биха излъчили.
Кой елемент е открит първо в спектъра на Слънцето, а едва след това на Земята?
- Хелий
- Водород
- Натрий
- Кислород
Отговор: Хелий
Жълта спектрална линия е наблюдавана през 1868 г.; името идва от гръцкото „хелиос“ (Слънце).
Водороден атом в основно състояние е облъчен с фотони с енергия 11 eV. Какво става?
- Фотоните не се поглъщат
- Атомът преминава в n = 2, а остатъкът става кинетична енергия
- Атомът се йонизира
- Атомът преминава в n = 3
Отговор: Фотоните не се поглъщат
Преходите от основно състояние изискват 10,2 eV, 12,09 eV и т.н.; 11 eV не съвпада с нито един.
Какъв спектър дава нажежено твърдо тяло, например жичката на крушка?
- Линеен
- Ивичест
- Непрекъснат
- Няма спектър
Отговор: Непрекъснат
Нагретите твърди тела и течности излъчват всички дължини на вълната, т.е. непрекъснат спектър.
Какъв спектър излъчват нагретите молекулни газове?
- Линеен
- Ивичест
- Непрекъснат
- Само гама-линии
Отговор: Ивичест
Многото близки линии на молекулите се сливат в ивици.
Какво е общото между спектъра на излъчване и спектъра на поглъщане на един и същи газ?
- Нищо общо нямат
- Еднакъв брой цветове
- И двата са непрекъснати
- Линиите са на едни и същи дължини на вълната
Отговор: Линиите са на едни и същи дължини на вълната
Газът поглъща точно тези дължини на вълната, които може да излъчва (закон на Кирхоф).
Как се нарича серията от линии в спектъра на водорода, която е във видимата област?
- Серия на Лайман
- Серия на Балмер
- Серия на Пашен
- Серия на Брекет
Отговор: Серия на Балмер
Серията на Балмер съответства на преходи към n = 2; серията на Лайман е в ултравиолетовата област.
Как астрономите разбират по спектъра, че звезда се отдалечава от нас?
- Линиите са изместени към червения край
- Линиите изчезват
- Спектърът става непрекъснат
- Линиите са изместени към виолетовия край
Отговор: Линиите са изместени към червения край
При отдалечаване дължините на вълните нарастват (ефект на Доплер) и линиите се изместват към червеното.