Номер 4, страница 242 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

4. Опишите механизм получения линейчатых спектров поглощения.

...можно получить линейчатый спектр испускания натрия?

Линейчатый спектр испускания (или эмиссионный спектр) возникает, когда атомы вещества, находясь в возбужденном состоянии, переходят на более низкие энергетические уровни, излучая при этом кванты света (фотоны) строго определенных частот.

Чтобы получить линейчатый спектр испускания натрия, необходимо сначала перевести его атомы в возбужденное состояние. Это можно сделать несколькими способами:

1. Нагревание: Самый простой способ — внести соединение натрия (например, поваренную соль NaCl) в пламя газовой горелки. Высокая температура пламени сообщит атомам натрия достаточную энергию для перехода их электронов на более высокие энергетические орбитали.
2. Электрический разряд: Пропустить электрический ток через пары натрия. Этот принцип используется в натриевых лампах высокого и низкого давления. Сталкиваясь с атомами натрия, электроны в электрическом разряде передают им свою энергию и возбуждают их.

После возбуждения атомы натрия нестабильны и почти мгновенно возвращаются в основное (невозбужденное) состояние. При этом они испускают избыток энергии в виде фотонов. Энергия каждого фотона $E$ строго равна разности энергий между начальным ($E_n$) и конечным ($E_m$) уровнями, между которыми происходит переход электрона: $E = E_n - E_m = h\nu$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучаемого света.

Поскольку в атоме натрия возможны только определенные энергетические переходы, испускаемый свет будет состоять из набора волн строго определенных длин (и, соответственно, частот). Чтобы увидеть спектр, этот свет необходимо пропустить через спектральный прибор (например, призму или дифракционную решетку), который разложит его в спектр. В результате на темном фоне будет виден набор отдельных ярких цветных линий. Самой известной и яркой в спектре натрия является желтая линия (на самом деле это дублет — две очень близко расположенные линии).

Ответ: Для получения линейчатого спектра испускания натрия необходимо возбудить его атомы (например, путем нагревания в пламени или с помощью электрического разряда в парах натрия), а затем разложить испускаемый ими свет в спектр с помощью призмы или дифракционной решетки.

4. Опишите механизм получения линейчатых спектров поглощения.

Линейчатые спектры поглощения (или абсорбционные спектры) образуются, когда свет с непрерывным спектром проходит через вещество (обычно холодный разреженный газ), атомы которого поглощают свет на определенных, характерных для них частотах.

Механизм получения такого спектра состоит из следующих этапов:

1. Берется источник, излучающий свет с непрерывным спектром. Таким источником может быть, например, лампа накаливания или свет от звезды (Солнца). Если разложить свет от такого источника, мы получим сплошную радужную полосу без разрывов.
2. Этот сплошной поток света пропускается через исследуемое вещество, находящееся в газообразном атомарном состоянии и имеющее относительно низкую температуру. При низкой температуре большинство атомов находится в основном, невозбужденном энергетическом состоянии.
3. Когда фотон из непрерывного потока имеет энергию, в точности равную разности энергий между основным и одним из возбужденных уровней атома ($ \Delta E = E_{возб} - E_{осн} $), атом поглощает этот фотон. В результате электрон в атоме переходит на более высокий энергетический уровень. Фотоны с другими энергиями проходят через газ без поглощения.
4. Свет, прошедший через газ, попадает в спектральный прибор (спектроскоп или спектрограф), где он разлагается в спектр.

В результате на фоне сплошного спектра источника света наблюдаются темные линии. Эти линии находятся именно на тех частотах (и длинах волн), которые были поглощены атомами вещества. Поглотив фотон и перейдя в возбужденное состояние, атом затем быстро возвращается в основное, переизлучая фотон той же частоты. Однако это переизлучение происходит хаотично, во всех направлениях, а не только в первоначальном направлении пучка света. Поэтому в направлении наблюдения интенсивность света на этих частотах резко падает, что и воспринимается как темные линии поглощения.

Важно отметить, что темные линии в спектре поглощения любого химического элемента находятся на тех же самых местах, где находятся яркие линии в его спектре испускания (закон Кирхгофа).

Ответ: Механизм получения линейчатых спектров поглощения заключается в пропускании света с непрерывным спектром через холодный газ. Атомы газа поглощают фотоны строго определенных энергий, соответствующих возможным переходам электронов на более высокие уровни. В результате на сплошном спектре появляются темные линии на местах поглощенных частот.