Поглощение и испускание света атомами

Слайд 1. Поглощение и испускание света атомами

Происхождение линейчатых спектров и квантовые скачки электронов

Слайд 2. Постулаты Нильса Бора

Атом не может находиться в любом состоянии. Согласно Бору:

1. Атом существует только в стационарных состояниях с энергиями $E_1,E_2,E_n$.

2. В этих состояниях атом не излучает энергию.

3. Излучение происходит только при переходе с одного уровня на другой.

Слайд 3. Как рождается свет (Испускание)

Когда электрон «падает» с высокого уровня на низкий:

- Атом теряет избыток энергии.

- Эта энергия выбрасывается в виде порции света — фотона.

- Энергия фотона в точности равна разности уровней: $h\nu =E_n-E_k$.

Слайд 4. Поглощение света

Атом поглощает фотон только если его энергия $h\nu$ точно совпадает с разницей между уровнями. Электрон получает этот «толчок» и переходит выше.

В сплошном спектре падающего света исчезают лучи определённых частот. На их месте мы видим тёмные линии поглощения.

Слайд 5. Условие частоты

Связь между частотой света $\nu$ и уровнями энергии описывается правилом частот Бора:

$$\nu =\frac{E_n-E_k}{h}$$

Где $h$ — постоянная Планка ($6,63\cdot 10^{-34}$ Дж$\cdot$с). Каждому переходу соответствует своя строго определённая линия в спектре.

Слайд 6. Энергия фотонов и спектральные серии водорода

Переходы электрона на 1-й энергетический уровень ($n=1$). Выделяется самая большая энергия, поэтому фотоны имеют высокую частоту и попадают в невидимый ультрафиолетовый диапазон.

Переходы на 2-й уровень ($n=2$). Энергия этих квантов соответствует длинам волн от 400 до 700 нм. Именно эту «разноцветную» серию мы видим в школьных спектроскопах.

Переходы на 3-й уровень ($n=3$). Разность энергий здесь невелика, поэтому испускаются фотоны с малой частотой, относящиеся к невидимому инфракрасному (тепловому) излучению.

Слайд 7. Спектральный анализ

Каждый химический элемент имеет свой уникальный линейчатый спектр. Это позволяет узнать состав вещества на расстоянии миллионов километров.

Слайд 8. Линии Фраунгофера: Спектр Солнца

Слайд 9. Вопросы для закрепления

- Почему спектр разреженного газа линейчатый, а раскалённого твёрдого тела — сплошной?

- Может ли атом поглотить фотон, энергия которого меньше разности уровней $E_2-E_1$?

- Как по спектру определить, движется ли звезда к нам или от нас?

- Почему мы не замечаем квантовых скачков в повседневной жизни?

Слайд 10. Подведем итоги

Атомы излучают и поглощают энергию только дискретными порциями — квантами.

Линейчатый спектр возникает из-за переходов электронов между фиксированными уровнями.

Спектр испускания и спектр поглощения для одного элемента идентичны по частотам.

Спектральный анализ — мощный метод определения состава вещества в химии и астрономии.