Номер 4, страница 280 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Глава 4. Строение атома и атомного ядра. Использование энергии атомных ядер. Параграф 57. Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых спектров. Ответь на вопросы - номер 4, страница 280.

Условие.

4. Как объясняется совпадение линий в спектрах испускания и поглощения данного химического элемента?

Решение.

Решение 2.

Какое состояние атома называют основным; возбуждённым?

Согласно квантовой теории, атом может находиться только в особых стационарных (квантовых) состояниях, каждому из которых соответствует определённое значение энергии. Совокупность этих возможных значений энергии называют энергетическими уровнями атома.

Основное состояние — это состояние атома, обладающее наименьшей возможной энергией ($E_{мин}$). В этом состоянии атом может находиться неограниченно долго, не излучая электромагнитных волн. Это наиболее устойчивое состояние атома.

Возбуждённое состояние — это любое стационарное состояние атома с энергией $E > E_{мин}$, то есть с энергией, большей, чем в основном состоянии. Атом переходит в возбуждённое состояние, поглотив определённую порцию энергии (квант), например, при поглощении фотона или при столкновениях с другими частицами. Возбуждённые состояния неустойчивы, и атом, пробыв в них очень короткое время (порядка $10^{-8}$ с), самопроизвольно переходит на более низкий энергетический уровень, вплоть до основного, излучая при этом фотон.

Ответ: Основным состоянием атома называют состояние с минимально возможной энергией. Возбуждённым состоянием называют любое состояние атома с энергией, большей, чем в основном состоянии.

4. Как объясняется совпадение линий в спектрах испускания и поглощения данного химического элемента?

Совпадение линий в спектрах испускания и поглощения объясняется квантовой природой взаимодействия света с веществом, а именно постулатами Бора об атомных переходах. Каждый атом химического элемента имеет свой уникальный, строго определённый набор энергетических уровней.

Спектр поглощения образуется, когда атом поглощает фотон и переходит с более низкого энергетического уровня $E_m$ на более высокий $E_n$. Это происходит только в том случае, если энергия фотона $h\nu$ точно равна разности энергий этих уровней: $h\nu = E_n - E_m$. В результате на фоне сплошного спектра появляются тёмные линии поглощения.

Спектр испускания образуется, когда возбуждённый атом самопроизвольно переходит с более высокого уровня $E_n$ на более низкий $E_m$. При этом он излучает фотон с энергией, точно равной разности энергий этих же уровней: $h\nu = E_n - E_m$. Это проявляется в виде ярких линий испускания.

Поскольку переходы между одними и теми же двумя уровнями $E_n$ и $E_m$ требуют поглощения фотона определённой энергии и приводят к излучению фотона той же самой энергии, то и частоты (а значит, и положения на шкале длин волн) линий поглощения и испускания для данного элемента в точности совпадают. Атом может поглотить только те фотоны, которые он способен испускать.

Ответ: Совпадение линий объясняется тем, что и поглощение, и испускание света атомом соответствуют переходам электронов между одними и теми же дискретными энергетическими уровнями, которые уникальны для каждого элемента. Энергия фотона в обоих процессах равна разности энергий этих уровней, поэтому частоты поглощаемых и испускаемых фотонов совпадают.