Номер 4, страница 315 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 52. Поглощение и испускание света атомами. Оптические спектры - номер 4, страница 315.

Условие.

4. Как соотносятся спектры поглощения и излучения уединённого атома?

Решение.

Решение

Спектры поглощения и излучения уединённого атома тесно взаимосвязаны и, по сути, являются взаимодополняющими. Их соотношение объясняется квантовой природой строения атома и его взаимодействием со светом.

Спектр излучения (эмиссионный спектр) возникает, когда атом переходит из возбуждённого состояния (электрон на более высоком энергетическом уровне $E_n$) в состояние с меньшей энергией (на более низкий уровень $E_k$). При этом, согласно постулатам Бора, испускается фотон. Энергия этого фотона в точности равна разности энергий уровней, между которыми происходит переход: $h\nu = E_n - E_k$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучаемого света. Поскольку набор энергетических уровней в атоме строго определён и дискретен, то и набор частот, которые может излучать атом, также дискретен. Визуально спектр излучения представляет собой набор ярких цветных линий на тёмном фоне, где каждая линия соответствует определённому разрешённому переходу электрона.

Спектр поглощения (абсорбционный спектр) наблюдается, когда через холодный (невозбуждённый) атомарный газ пропускают свет со сплошным спектром (например, белый свет). Атом может поглотить из этого света только такой фотон, энергия которого в точности равна энергии, необходимой для перехода электрона с его текущего уровня $E_k$ на один из вышележащих разрешённых уровней $E_n$. Энергия поглощаемого фотона также определяется формулой $h\nu = E_n - E_k$. В результате из сплошного спектра проходящего света "пропадают" фотоны именно этих частот. Визуально спектр поглощения выглядит как сплошная радужная полоса, прерываемая тёмными линиями в тех местах, где произошло поглощение света.

Таким образом, ключевое соотношение заключается в том, что атом поглощает свет на тех же самых частотах (длинах волн), на которых он его излучает. Энергетические переходы, вызывающие появление тёмных линий в спектре поглощения, являются обратными процессами для переходов, создающих яркие линии в спектре излучения. Поэтому тёмные линии поглощения располагаются точно там же, где и яркие линии излучения для одного и того же химического элемента. Спектр поглощения можно рассматривать как "негатив" спектра излучения.

Ответ: Тёмные линии в спектре поглощения уединённого атома соответствуют в точности тем же частотам (и длинам волн), что и яркие линии в его спектре излучения. Это обусловлено тем, что и поглощение, и излучение света атомом происходят при переходах электронов между одними и теми же дискретными (квантованными) энергетическими уровнями. Атом способен поглотить фотон только с энергией, равной разности двух его энергетических уровней, и при обратном переходе он излучает фотон с той же самой энергией.