Номер 3, страница 242 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

3. Каким образом можно получить линейчатый спектр испускания натрия?

3. Решение

Линейчатый спектр испускания возникает, когда свет излучают атомы вещества, находящегося в газообразном состоянии при низкой плотности. В таких условиях атомы практически не взаимодействуют друг с другом, и каждый атом излучает свет независимо. Спектр каждого химического элемента уникален и состоит из набора отдельных цветных линий разной яркости на тёмном фоне.

Для получения линейчатого спектра испускания натрия необходимо выполнить следующие шаги:

1. Перевести натрий в атомарное газообразное состояние. Твердые и жидкие вещества, а также плотные газы излучают сплошные или полосатые спектры. Чтобы получить атомарный газ, можно, например, испарить металличеческий натрий или внести в пламя его летучую соль (например, поваренную соль NaCl). Высокая температура пламени заставит соль испариться и диссоциировать на отдельные атомы натрия и хлора.

2. Возбудить атомы натрия. Атомы в обычном (основном) состоянии не излучают свет. Чтобы заставить их излучать, им нужно сообщить дополнительную энергию, то есть перевести их в возбуждённое состояние. Это можно сделать несколькими способами:

   • Нагревание: При внесении паров натрия в пламя (например, газовой горелки) атомы натрия сталкиваются с быстрыми частицами пламени и получают от них энергию. Это самый простой демонстрационный способ.

   • Электрический разряд: Можно пропустить электрический ток через пары натрия, помещённые в разрядную трубку. Электроны, движущиеся в электрическом поле, сталкиваются с атомами натрия и передают им свою энергию. Этот принцип используется в натриевых лампах высокого и низкого давления, которые дают характерный жёлто-оранжевый свет.

3. Проанализировать излучаемый свет с помощью спектрального прибора. Возбуждённые атомы натрия, возвращаясь в основное или менее возбуждённое состояние, испускают фотоны строго определённых энергий, а значит, и определённых длин волн. Энергия фотона $E$ связана с разностью энергий уровней $E_n$ и $E_k$ соотношением $E = h\nu = E_n - E_k$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучения. Чтобы увидеть отдельные спектральные линии, нужно направить свет от возбуждённых паров натрия на спектральный прибор (спектроскоп или спектрограф). В качестве диспергирующего элемента в таких приборах используется призма или дифракционная решётка, которые раскладывают свет в спектр. В результате на экране или в окуляре спектроскопа будет виден набор ярких линий, характерный для натрия. Самой известной и яркой линией в видимой части спектра натрия является жёлтый дублет — две очень близко расположенные линии с длинами волн около 589,0 нм и 589,6 нм.

Ответ: Чтобы получить линейчатый спектр испускания натрия, необходимо внести его пары или летучую соль в пламя или возбудить свечение паров натрия в газоразрядной трубке, а затем направить излучаемый свет на спектральный прибор (например, спектроскоп с призмой или дифракционной решёткой).