Физика и астрономия · 10 клас · урок 2 от 4

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.

Работен лист за печат

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.

  1. 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.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

  5. 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.

  6. 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.

  7. 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.

  8. 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.

  9. 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.

  10. 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.

  11. Какъв спектър излъчва нагрят разреден газ?
    • Непрекъснат
    • Линеен (линейчат)
    • Само инфрачервен
    • Няма спектър

    Отговор: Линеен

    Всеки химичен елемент има свои характерни линии.

  12. 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.

  13. 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.

  14. 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).

  15. 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.

  16. 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.

  17. Какъв спектър излъчват нагретите молекулни газове?
    • Линеен
    • Ивичест
    • Непрекъснат
    • Само гама-линии

    Отговор: Ивичест

    Многото близки линии на молекулите се сливат в ивици.

  18. 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).

  19. 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.

  20. 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.