ogarniam.edu.pl
Klasa
Zacznij naukę →Zacznij →

ogarniam.edu.pl · Fizyka · Fizyka atomowa (rozszerzenie)klasa 4 LO · fiszki i quiz: ogarniam.edu.pl/lo/4/fizyka/atom-wodoru-poziomy-i-serie-widmowe/

Fizyka · Fizyka atomowa (rozszerzenie) · kl. 4 · zakres rozszerzony

Atom wodoru: poziomy i serie widmowe

Wodór ma najprostsze poziomy energii ze wszystkich atomów. Jeden wzór wystarczy, żeby policzyć, jakie linie widma wysyła.

ok. 4 min czytania10 fiszek8 pytań w quizie🔊 Posłuchaj notatki

1Widma i poziomy energii

  • Rozrzedzony gaz pobudzony do świecenia daje widmo liniowe emisyjne (jasne linie). Światło białe po przejściu przez chłodny gaz daje widmo absorpcyjne – ciemne linie w miejscach odpowiadających (części) linii emisyjnych, bo gaz pochłania tylko fotony o energiach równych różnicom jego poziomów.
  • Atom ma tylko określone poziomy energii: najniższy to stan podstawowy, wyższe – stany wzbudzone. Przejście w dół to emisja fotonu, przejście w górę wymaga pochłonięcia fotonu.
Zapamiętaj

Em − En = hf (m – poziom wyższy, n – niższy). To energia jednego fotonu, a nie całego atomu.

2Poziomy atomu wodoru

  • Oznaczenia: En — energia atomu na poziomie n [eV]; n — główna liczba kwantowa (1, 2, 3, …).
Zapamiętaj

En = −⁠13,6 eV przez n2 (dokładniej 13,606 eV)

  • Energia jest ujemna, bo elektron jest związany; zero to elektron oderwany od atomu. Stąd energia jonizacji wodoru ze stanu podstawowego: 13,6 eV.
n = 1n = 2n = 3n ≥ 4−13,6 eV−3,4 eV−1,51 eV0 (jonizacja)Lymanana n = 1nadfioletBalmerana n = 2głównie widzialnePaschenana n = 3podczerwień
Poziomy energii wodoru (w skali) i trzy serie: Lymana (na n = 1), Balmera (na n = 2), Paschena (na n = 3)
Sprawdź, czy rozumiesz

Widmo absorpcyjne wodoru to

3Serie widmowe

  • Seria to wszystkie linie kończące się na tym samym poziomie dolnym.
seriapoziom końcowydługości falzakres
Lymanan = 191–122 nmnadfiolet
Balmeran = 2365–656 nm4 linie widzialne, reszta w nadfiolecie
Paschenan = 3820–1875 nmpodczerwień

4Obliczenia przejść

  • Przykład 1 – dane: przejście 4 → 2.
  • Wzory: ΔE = 13,6 eV · (1 przez n2 − 1 przez m2); λ = hc przez ΔE.
  • Obliczenia: ΔE = 13,6 · (1 przez 4 − 1 przez 16) eV = 2,55 eV; λ = 1240 eV·nm przez 2,55 eV ≈ 486 nm.
  • Odpowiedź: λ ≈ 486 nm – niebieskozielona linia serii Balmera.
  • Przykład 2. Przejście 4 → 3: ΔE = 13,6 · (1 przez 9 − 1 przez 16) eV ≈ 0,661 eV, λ ≈ 1875 nm – podczerwień (seria Paschena).
  • Przykład 3. Wzbudzenie ze stanu podstawowego do n = 3 wymaga fotonu 13,6 · (1 − 1 przez 9) eV ≈ 12,1 eV. Fotonu 11 eV atom nie pochłonie: nie pasuje do żadnej różnicy poziomów, a do jonizacji jest za mały.
  • Atom wzbudzony do n = 4 może wysłać 6 różnych linii (4→3, 4→2, 4→1, 3→2, 3→1, 2→1).
Uwaga na błąd

Odejmowanie w złą stronę albo gubienie minusów: E3 − E2 = −⁠1,51 eV − (−⁠3,40 eV) = +1,89 eV. Energia fotonu jest zawsze dodatnia.

Sprawdź, czy rozumiesz

Ile różnych linii widmowych może wysłać atom wodoru wzbudzony do poziomu n = 4?

✎Ściąga: Atom wodoru: poziomy i serie widmowe

Najważniejsze w pigułce – przeczytaj tuż przed kartkówką lub sprawdzianem.

  • Em − En = hf (m – poziom wyższy, n – niższy). To energia jednego fotonu, a nie całego atomu.
  • En = −⁠13,6 eV przez n2 (dokładniej 13,606 eV)
  • Oznaczenia: En — energia atomu na poziomie n [eV]; n — główna liczba kwantowa (1, 2, 3, …).
  • Seria to wszystkie linie kończące się na tym samym poziomie dolnym.
  • Przykład 1 – dane: przejście 4 → 2.
  • Wzory: ΔE = 13,6 eV · (1 przez n2 − 1 przez m2); λ = hc przez ΔE.
  • Obliczenia: ΔE = 13,6 · (1 przez 4 − 1 przez 16) eV = 2,55 eV; λ = 1240 eV·nm przez 2,55 eV ≈ 486 nm.
  • Odpowiedź: λ ≈ 486 nm – niebieskozielona linia serii Balmera.

?Quiz: powtórz przed kartkówką

8 pytań w stylu kartkówki i sprawdzianu. Odpowiedz w myślach, potem sprawdź odpowiedź. Rozwiąż quiz z wynikiem – każda odpowiedź ma wyjaśnienie.

  1. Energia atomu wodoru na poziomie n = 2 wynosi

    1. A−⁠3,4 eV
    2. B−⁠6,8 eV
    3. C−⁠13,6 eV
    4. D+3,4 eV
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: −⁠3,4 eV – E₂ = −⁠13,6 eV / 2² = −⁠3,4 eV.

  2. Ile energii trzeba dostarczyć, żeby zjonizować atom wodoru ze stanu podstawowego?

    1. A27,2 eV
    2. B3,4 eV
    3. C10,2 eV
    4. D13,6 eV
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź D: 13,6 eV – W stanie podstawowym energia wynosi −⁠13,6 eV, a do jonizacji trzeba dojść do 0.

  3. Linie widzialne wodoru należą do serii

    1. Ażadnej z nich
    2. BBalmera
    3. CLymana
    4. DPaschena
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Balmera – Seria Balmera kończy się na n = 2, a jej cztery najdłuższe linie (656, 486, 434, 410 nm) są widzialne.

  4. Ile wynosi energia fotonu emitowanego przy przejściu 3 → 1?

    1. A12,1 eV
    2. B1,9 eV
    3. C10,2 eV
    4. D13,6 eV
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: 12,1 eV – ΔE = 13,6 · (1 − 1/9) eV ≈ 12,1 eV; 1,9 eV to przejście 3 → 2, a 10,2 eV – przejście 2 → 1.

  5. Przejście 3 → 2 w wodorze daje linię o długości fali ok.

    1. A122 nm
    2. B365 nm
    3. C656 nm
    4. D1875 nm
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź C: 656 nm – ΔE = 13,6 · (1/4 − 1/9) eV ≈ 1,89 eV, więc λ = 1240/1,89 nm ≈ 656 nm (czerwień).

  6. Widmo absorpcyjne wodoru to

    1. Aciemne linie na tle widma ciągłego, w miejscach odpowiadających liniom emisyjnym
    2. Bjasne linie na ciemnym tle
    3. Cwidmo ciągłe bez żadnych linii
    4. Dciemne linie w innych miejscach niż linie emisyjne
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź A: ciemne linie na tle widma ciągłego, w miejscach odpowiadających liniom emisyjnym – Gaz pochłania fotony o energiach równych różnicom tych samych poziomów, które dają linie emisyjne.

  7. Atom wodoru w stanie podstawowym oświetlamy fotonem 11 eV. Co się stanie?

    1. AAtom przejdzie na n = 3
    2. BFoton nie zostanie pochłonięty
    3. CAtom przejdzie na n = 2
    4. DAtom się zjonizuje
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: Foton nie zostanie pochłonięty – Pochłaniane są tylko fotony o energii równej różnicy poziomów (10,2 eV; 12,1 eV; …), a 11 eV nie pasuje do żadnej.

  8. Ile różnych linii widmowych może wysłać atom wodoru wzbudzony do poziomu n = 4?

    1. A10
    2. B6
    3. C4
    4. D3
    Sprawdź odpowiedź

    Odpowiedź B: 6 – Możliwe przejścia: 4→3, 4→2, 4→1, 3→2, 3→1, 2→1, czyli 6 linii.

Cały dział „Fizyka atomowa (rozszerzenie)”: ściąga i próbny sprawdzian →

Kartkówka albo sprawdzian już blisko?

Rozwiąż quiz z wynikiem i powtórz materiał na fiszkach. Każda odpowiedź ma wyjaśnienie, a postęp zapisuje się bez zakładania konta.

Więcej: Fizyka, klasa 4