Номер 7, страница 13, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Квантовая физика. Глава V. Строение атома и атомные спектры. Параграф 24. Атомные спектры - номер 7, страница 13.

Условие.

7. Сравните спектры излучения и поглощения одного и того же вещества. Объясните причину их сходства и различия.

Решение.

Спектры излучения и поглощения одного и того же вещества (например, разреженного атомарного газа) являются взаимодополняющими.

Сходство
Основное сходство заключается в том, что спектральные линии (яркие в спектре излучения и тёмные в спектре поглощения) для данного вещества появляются на строго одинаковых частотах (или длинах волн). Фактически, спектр поглощения выглядит как негатив спектра излучения.

Различие
Различия заключаются во внешнем виде спектров и условиях их получения.
Спектр излучения представляет собой набор отдельных ярких линий на тёмном фоне. Он возникает, когда атомы вещества находятся в возбуждённом состоянии (например, при высокой температуре) и испускают свет.
Спектр поглощения представляет собой набор тёмных линий на фоне сплошного (непрерывного) спектра. Он образуется, когда белый свет проходит через вещество в невозбуждённом (холодном) состоянии, и атомы этого вещества поглощают свет на определённых частотах.

Причина сходства и различия
Причина этого явления лежит в квантовой природе строения атома. Электроны в атоме могут находиться только на определённых, дискретных энергетических уровнях. Переход электрона с одного уровня на другой сопровождается поглощением или излучением кванта энергии — фотона.
- При поглощении атом поглощает фотон, энергия которого $E = h\nu$ точно равна разности энергий между двумя уровнями, $\Delta E = E_{верхн} - E_{нижн}$, и электрон переходит на более высокий уровень. Это приводит к появлению тёмной линии в спектре.
- При излучении возбуждённый атом самопроизвольно возвращается в более стабильное состояние. Электрон переходит на более низкий уровень, испуская при этом фотон с энергией, точно равной той же разности $\Delta E = E_{верхн} - E_{нижн}$. Это создаёт яркую линию в спектре.
Поскольку и для поглощения, и для излучения используются одни и те же возможные энергетические переходы, уникальные для каждого химического элемента, то и частоты поглощаемых и испускаемых фотонов совпадают. Разный вид спектров объясняется разными процессами: в одном случае мы видим свет, который вещество испустило, а в другом — «отсутствие» света, который вещество поглотило из проходящего потока.

Ответ: Спектры излучения и поглощения одного и того же вещества комплементарны: тёмные линии в спектре поглощения соответствуют по своему положению (частоте) ярким линиям в спектре излучения. Это объясняется тем, что атомы вещества могут поглощать и испускать фотоны только с энергиями, строго равными разности энергий между дискретными электронными уровнями, характерными для данного вещества. Различие в виде спектров (яркие линии на тёмном фоне для излучения и тёмные на светлом для поглощения) обусловлено разными условиями их наблюдения.