Номер 5, страница 151 - гдз по физике 11 класс учебник Туякбаев, Насохова

5. В чем суть метода спектрального анализа?

4. Формула Бальмера описывает длины волн спектральных линий атома водорода в видимой области спектра. Она является частным случаем более общей формулы Ридберга. Формула имеет вид:
$\frac{1}{\lambda} = R \left( \frac{1}{2^2} - \frac{1}{n^2} \right)$
где:
λ (лямбда) – длина волны излучаемого фотона,
R – постоянная Ридберга, $R \approx 1.097 \cdot 10^7$ м⁻¹,
n – главное квантовое число, которое может быть любым целым числом большим двух, то есть $n = 3, 4, 5, \dots$.

Объяснение:
Эта формула описывает набор спектральных линий, известный как серия Бальмера. С точки зрения квантовой физики, каждая линия в этой серии соответствует переходу электрона в атоме водорода с более высокого энергетического уровня (с главным квантовым числом n) на второй энергетический уровень (с главным квантовым числом, равным 2). Во время этого перехода атом излучает квант света (фотон) с энергией, равной разности энергий между начальным и конечным уровнями. Длина волны этого фотона и рассчитывается по данной формуле.
Каждому значению n соответствует определенная спектральная линия:
- Переход $3 \to 2$ порождает линию H_α (альфа) в красной части спектра (длина волны ≈ 656 нм).
- Переход $4 \to 2$ порождает линию H_β (бета) в сине-зеленой части спектра (длина волны ≈ 486 нм).
- Переход $5 \to 2$ порождает линию H_γ (гамма) в синей части спектра (длина волны ≈ 434 нм).
Так как эти линии находятся в видимом диапазоне, серия Бальмера была открыта одной из первых (швейцарским ученым Иоганном Бальмером в 1885 году) еще до создания квантовой теории строения атома.

Ответ: Формула Бальмера $\frac{1}{\lambda} = R \left( \frac{1}{2^2} - \frac{1}{n^2} \right)$, где $n=3, 4, 5, \dots$, позволяет вычислить длины волн света, излучаемого атомом водорода при переходе его электрона с более высоких энергетических уровней на второй уровень. Эти линии образуют серию Бальмера в видимой части спектра.

5. Суть метода спектрального анализа заключается в определении химического состава, а также физических характеристик (температуры, давления, скорости и т.д.) вещества путем изучения его спектра.

Метод базируется на фундаментальном свойстве атомов: каждый химический элемент обладает уникальным, характерным только для него набором длин волн, которые он способен излучать или поглощать. Этот уникальный спектр служит своего рода "отпечатком пальца" элемента, что позволяет безошибочно его идентифицировать.

Процедура анализа включает следующие шаги:
1. Получение спектра. Вещество переводят в атомарное газообразное состояние (например, нагревая в пламени, используя электрический разряд или лазер) и заставляют его либо излучать свет, либо пропускают через него свет от внешнего источника.
2. Регистрация спектра. Полученное излучение раскладывается в спектр с помощью прибора (спектроскопа, спектрографа или спектрометра) и регистрируется.
3. Анализ спектра. В зависимости от условий получения, анализируют один из двух основных типов спектров:
- Спектр испускания (эмиссионный): состоит из набора отдельных ярких линий на темном фоне. Каждая линия соответствует определенной длине волны, излучаемой возбужденными атомами вещества. По набору и положению этих линий определяют, какие элементы присутствуют в образце (качественный анализ).
- Спектр поглощения (абсорбционный): выглядит как темные линии на фоне сплошного (радужного) спектра. Он возникает, когда свет от источника с непрерывным спектром проходит через более холодное вещество. Атомы этого вещества поглощают свет на тех же самых длинах волн, на которых они сами могли бы светиться. По положению темных линий также определяют химический состав.

Сравнивая наблюдаемый спектр с известными эталонными спектрами химических элементов, можно определить качественный состав вещества. Интенсивность (яркость или ширина) спектральных линий, в свою очередь, позволяет судить о концентрации элемента в образце (количественный анализ).

Ответ: Суть метода спектрального анализа — это определение состава и состояния вещества по его уникальному оптическому спектру. По положению линий в спектре (излучения или поглощения) идентифицируют химические элементы (качественный анализ), а по интенсивности этих линий определяют их количество (количественный анализ).