Номер 3, страница 251 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны. Параграф 51. Типы оптических спектров. Ответь на вопросы - номер 3, страница 251.

Условие.

3. Каким образом можно получить линейчатый спектр испускания натрия?

Решение.

Решение 2.

От каких источников света получаются линейчатые спектры?

Линейчатые спектры испускания создаются источниками света, в которых вещество находится в разреженном атомарном состоянии, а его атомы возбуждены (т.е. обладают избыточной энергией). При переходе из возбужденного состояния в основное или менее возбужденное, атомы излучают фотоны строго определенных энергий, что соответствует дискретному набору длин волн в спектре. Такое излучение характерно для каждого химического элемента и является его уникальной "визитной карточкой".

Примерами таких источников служат:

• Разреженные газы и пары металлов, нагретые до высокой температуры.
• Газоразрядные лампы, в которых свечение газа или пара вызывается электрическим разрядом (например, неоновые, аргоновые, ртутные, натриевые лампы).
• Пламя, в которое внесены соли металлов (например, пламя газовой горелки, окрашенное солями натрия в желтый цвет).
• Атмосферы звезд и газовые туманности в космосе.

Ответ: Линейчатые спектры получаются от света, излучаемого веществами, находящимися в разреженном атомарном состоянии (например, от горячих газов или паров металлов).

3. Каким образом можно получить линейчатый спектр испускания натрия?

Для получения линейчатого спектра испускания натрия необходимо перевести его атомы в возбужденное состояние, чтобы они начали излучать свет. Затем этот свет нужно разложить в спектр с помощью спектрального прибора (спектроскопа или спектрографа).

Возбудить атомы натрия можно следующими способами:

1. Термическое возбуждение: Внести в бесцветное пламя спиртовки или газовой горелки небольшое количество какого-либо соединения натрия, например, поваренной соли ($NaCl$). При высокой температуре соль испарится и распадется на отдельные атомы натрия и хлора. Атомы натрия, сталкиваясь с частицами пламени, получат энергию и перейдут в возбужденное состояние. Возвращаясь в основное состояние, они будут испускать свет, окрашивая пламя в характерный желтый цвет. Если направить этот свет на щель спектроскопа, то можно будет наблюдать знаменитый желтый дублет натрия — две близко расположенные яркие желтые линии.
2. Электрическое возбуждение: Использовать газоразрядную натриевую лампу. В такой лампе находятся пары натрия при низком давлении. При пропускании через них электрического тока происходит электрический разряд, который возбуждает атомы натрия. Лампа начинает испускать яркий желто-оранжевый свет. Анализ этого света с помощью спектроскопа также покажет линейчатый спектр испускания натрия.

Ответ: Линейчатый спектр испускания натрия можно получить, возбудив его атомы путем нагревания паров натрия в пламени или с помощью электрического разряда в натриевой лампе, и затем разложив испускаемый свет в спектр с помощью спектроскопа.

4. Опишите механизм получения линейчатых спектров поглощения.

Механизм получения линейчатого спектра поглощения основан на способности атомов избирательно поглощать свет определенных частот. Процесс состоит из следующих этапов:

1. Берется источник, дающий сплошной спектр, то есть излучающий электромагнитные волны всех длин волн в видимом (и не только) диапазоне. Таким источником может быть тело, нагретое до высокой температуры, например, нить накала лампы или поверхность Солнца (фотосфера).
2. Свет от этого источника пропускается через слой холодного (относительно источника) разреженного газа или пара того вещества, спектр поглощения которого хотят получить.

3. Согласно второму постулату Бора, атом может поглотить фотон и перейти из стационарного состояния с меньшей энергией $E_n$ в состояние с большей энергией $E_m$ только в том случае, если энергия фотона $h\nu$ в точности равна разности энергий этих состояний:

   $h\nu = E_m - E_n$

   где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота света.

4. Таким образом, атомы холодного газа поглотят из проходящего через них сплошного потока излучения только те фотоны, энергии которых соответствуют возможным переходам электронов в этих атомах на более высокие энергетические уровни. Фотоны других частот пройдут через газ без поглощения.
5. В результате свет, прошедший через газ, обедняется фотонами определенных частот. Если этот свет направить в спектроскоп, то на фоне непрерывной радужной полосы сплошного спектра будут видны темные линии. Эти темные линии и образуют линейчатый спектр поглощения.

Важно отметить, что темные линии в спектре поглощения элемента находятся точно на тех же местах (соответствуют тем же длинам волн), что и яркие линии в его спектре испускания.

Ответ: Линейчатый спектр поглощения получается, когда свет со сплошным спектром пропускают через вещество в холодном разреженном атомарном состоянии. Атомы вещества поглощают фотоны строго определенных частот, которые соответствуют энергиям их возможных электронных переходов. В результате на фоне сплошного спектра появляются темные линии поглощения.