Номер 3, страница 78 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Самостоятельные работы. СР-57. Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых спектров. Вариант 1 - номер 3, страница 78.

Условие.

3. Почему линии излучения и поглощения в спектрах атомов данного химического элемента совпадают?

Решение.

Решение

Совпадение линий излучения и поглощения в спектрах атомов одного и того же химического элемента объясняется квантовой природой строения атома и его взаимодействия со светом, что было описано в постулатах Бора.

Согласно постулатам Бора, атом может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определённое значение энергии. Электроны в атоме могут занимать только дискретные энергетические уровни $E_1, E_2, E_3, \dots, E_n$. Переходы между этими уровнями возможны только при поглощении или испускании кванта энергии (фотона).

Процесс поглощения происходит, когда атом, находящийся в основном или менее возбуждённом состоянии, поглощает фотон, и его электрон переходит с более низкого энергетического уровня $E_m$ на более высокий $E_n$. Это возможно только в том случае, если энергия фотона $h\nu$ в точности равна разности энергий этих двух уровней: $h\nu = E_n - E_m$. Если через газ, состоящий из таких атомов, пропустить белый свет (содержащий фотоны всех частот), то атомы будут поглощать фотоны только тех частот, которые соответствуют возможным переходам. В результате в сплошном спектре белого света на месте этих частот появятся тёмные линии — это и есть спектр поглощения.

Процесс излучения происходит, когда атом находится в возбуждённом состоянии (электрон на более высоком уровне $E_n$). Такое состояние нестабильно, и через некоторое время электрон самопроизвольно возвращается на более низкий энергетический уровень $E_m$, испуская при этом фотон. Энергия этого фотона в точности равна разности энергий уровней, между которыми происходит переход: $h\nu = E_n - E_m$. Совокупность частот фотонов, которые может испускать атом, образует линейчатый спектр излучения (яркие линии на тёмном фоне).

Таким образом, и для поглощения, и для излучения энергия фотона определяется одной и той же разностью энергий $E_n - E_m$ между одними и теми же стационарными состояниями атома. Поскольку набор возможных энергетических уровней для атомов данного химического элемента уникален и постоянен, то и набор частот, которые они могут поглощать, в точности совпадает с набором частот, которые они могут излучать. Это и приводит к тому, что линии поглощения и линии излучения в спектрах одного и того же элемента находятся на одних и тех же местах, то есть имеют одинаковые частоты и длины волн.

Ответ: Линии излучения и поглощения в спектрах атомов данного химического элемента совпадают, потому что и тот, и другой процесс связан с переходами электронов между одними и теми же дискретными (квантовыми) энергетическими уровнями, характерными для этого элемента. При поглощении фотона электрон переходит с низшего уровня на высший, а при излучении — с высшего на низший. Энергия фотона в обоих случаях строго равна разности энергий этих двух уровней ($h\nu = E_n - E_m$), поэтому частоты поглощаемых и излучаемых фотонов для одних и тех же переходов одинаковы.