to interpret spectral lines as a result of transitions between energy levels in atoms with the emissionemissionemission or absorptionabsorptionabsorption of a quantum of light,
Remind how the atomic emissionemissionemission and absorptionabsorptionabsorption spectra look like?
Every atom has its own characteristic spectrum. The spectral lines can be used as “fingerprint” to identify the element.
The hydrogen emission spectrum, known as Balmer series, consists of four lines in the visible light range, accompanied by spectral lines with wavelengths smaller than 400 nm.
R18qyzBgIMGsc
Na rysunku pokazane są cztery linie widmowe na ciemnym tle podpisane Spectral lines H z indeksem dolnym alfa, H z indeksem dolnym beta, H z indeksem dolnym gamma, H z indeksem dolnym delta. Linie od prawej są w kolorze czerwonym H z indeksem dolnym alfa, jasnoniebieskim H z indeksem dolnym beta, ciemnoniebieskim H z indeksem dolnym gamma i fioletowym H z indeksem dolnym delta.
Niels Bohr in 1913 proposed that all atomic spectral lines arise from transitions between discrete energy levels, giving a photon with an energy:
where:
n and k are numbers of the orbits,
h is Planck’s constant,
and are the frequency and wavelength associated with the emitted photon,
c is the speed of light.
In his model of the hydrogen atomhydrogen atomhydrogen atom, an electron is moving around the nucleus following fixed orbits, called stationary states. The sizes of the orbits and the electron’s energy in a given orbit are restricted. In this model the energy of the classical electron orbit with the quantisation of angular momentum was combined and yielded expressions which described orbit radii and corresponding energies.
R1OKKxTwj4sP6
Ilustracja interaktywna przedstawia symbolicznie pokazany jest atom wodoru. Trzy powłoki energetyczne, od wewnątrz n równa się 1, n równa się 2, n równa się 3, symbolizują koncentryczne kręgi. Na zewnętrznym okręgu zaznaczony jest pomarańczową kropką wzbudzony elektron opisany numerem 1, od niego strzałka do drugiego okręgu, na którym jest mały okrąg, wielkości elektronu, narysowany przerywaną linią pomarańczową. Od okręgu drugiego poza zewnętrzny okrąg narysowana strzałka (wężykiem) symbolizująca emitowaną przez elektron energię podczas powrotu do stanu podstawowego opisana numerem 2. Na ilustracji widoczne są numery, a na nich podpisy. 1. excited electron {audio}, 2. emitted photon {audio}.
Ilustracja interaktywna przedstawia symbolicznie pokazany jest atom wodoru. Trzy powłoki energetyczne, od wewnątrz n równa się 1, n równa się 2, n równa się 3, symbolizują koncentryczne kręgi. Na zewnętrznym okręgu zaznaczony jest pomarańczową kropką wzbudzony elektron opisany numerem 1, od niego strzałka do drugiego okręgu, na którym jest mały okrąg, wielkości elektronu, narysowany przerywaną linią pomarańczową. Od okręgu drugiego poza zewnętrzny okrąg narysowana strzałka (wężykiem) symbolizująca emitowaną przez elektron energię podczas powrotu do stanu podstawowego opisana numerem 2. Na ilustracji widoczne są numery, a na nich podpisy. 1. excited electron {audio}, 2. emitted photon {audio}.
The electron has the least energy when n = 1 which corresponds to the first Bohr orbit. This lowest energy state is called the ground stateground stateground state. Calculate the electron energy on this orbit.
Bohr’s theory successfully explained the origin of hydrogen atomic spectrum. When the hydrogen atomhydrogen atomhydrogen atom absorbs energy, the electron is raised from the ground stateground stateground state (n = 1) to a higher orbit. Then, the electron returns to a lower orbit and emits the energy. The energy difference between given states is always the same, then the frequency of emitted light is also the same and form characteristic spectrum.
RDZJ27KBIcnxV
Na rysunku liniami poziomymi zaznaczone są linie powłok energetycznych atomu, od dołu ponumerowane od n równego 2 (opisane energy level) do 6. Zaabsorbowana przez atom energia energy absorbed oznaczona jest pionową strzałką w kolorze żółtym łączącym poziom podstawowy (o numerze 2) z poziomem ostatnim (o numerze 6). Z kolejnych powłok (o numerach 3, 4, 5, 6) poprowadzone są strzałki do powłoki podstawowej (o numerze 2) opisane energy emitted. Z prawej strony rysunku znajduje się legenda, na której kolory strzałek opisane są wartościami długości fali odpowiadającym danemu przeskokowi. W pierwszym wierszu: excited state, drug kolumna pusta, final state. W drugim wierszu, na wysokości linii poziomej o numerze 6: 6, strzałka w prawo opisana 410 nm, 2. W trzecim wierszu, na wysokości linii poziomej o numerze 5: 5, strzałka w prawo opisana 434 nm, 2. W czwartym wierszu, na wysokości linii poziomej o numerze 4: 4, strzałka w prawo opisana 4486 nm, 2. W piątym wierszu, na wysokości linii poziomej o numerze 3: 3, strzałka w prawo opisana 656 nm, 2.
The Bohr model was an important first step in the development of quantum mechanics. It introduced the quantization of atomic energy levels and gave agreement with the data obtained experimentally - by observation and analysis of spectral lines.
Exercises
R1Ey2cWb5UoPY
Exercise 2
Wersja alternatywna ćwiczenia: Determine which sentences are true. Możliwe odpowiedzi: 1. Electrons absorb energy by moving to higher energy orbits., 2. The energy level an electron normally occupies is called its ground state., 3. The movement of electrons between these energy levels produces no spectrum., 4. The electrons in free atoms can be found in only certain discrete energy states.
Wersja alternatywna ćwiczenia: Determine which sentences are true. Możliwe odpowiedzi: 1. Electrons absorb energy by moving to higher energy orbits., 2. The energy level an electron normally occupies is called its ground state., 3. The movement of electrons between these energy levels produces no spectrum., 4. The electrons in free atoms can be found in only certain discrete energy states.
Determine which sentences are true.
Electrons absorb energy by moving to higher energy orbits.
The energy level an electron normally occupies is called its ground state.
The movement of electrons between these energy levels produces no spectrum.
The electrons in free atoms can be found in only certain discrete energy states.
zadanie
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
Exercise 3
The excitation energy of an excited stateexcited stateexcited state n is the energy above the ground state, EIndeks dolny nn − EIndeks dolny 11. Calculate energy of the first excited state, n = 2.
E = -10,2 eV.
Exercise 4
Describe in English the Bohr model of the hydrogen atom.
R8IJVMQikBBhG
Exercise 5
Wersja alternatywna ćwiczenia: Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly. Możliwe odpowiedzi: 1. stan podstawowy - ground state, 2. stan wzbudzony - excited state, 3. emisja - emission, 4. absorbcja - absorption, 5. linia widmowa - quantized energy levels, 6. atom wodoru - excited state
Wersja alternatywna ćwiczenia: Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly. Możliwe odpowiedzi: 1. stan podstawowy - ground state, 2. stan wzbudzony - excited state, 3. emisja - emission, 4. absorbcja - absorption, 5. linia widmowa - quantized energy levels, 6. atom wodoru - excited state
Indicate which pairs of expressions or words are translated correctly.
stan podstawowy - ground state
stan wzbudzony - excited state
emisja - emission
absorbcja - absorption
linia widmowa - quantized energy levels
atom wodoru - excited state
zadanie
Source: GroMar, licencja: CC BY 3.0.
RjoEffBp6PpcF1
Interaktywna gra, polegająca na łączeniu wyrazów w pary w ciągu jednej minuty. Czas zaczyna upływać wraz z rozpoczęciem gry. Jeden ruch to odkrywanie najpierw jednej potem drugiej karty z wyrazem. Każdy wyraz jest odczytywany. Kolejny ruch to odkrywanie trzeciej i czwartej karty. W ten sposób odsłuchasz wszystkie wyrazy. Nawigacja z poziomu klawiatury za pomocą strzałek, odsłuchiwanie wyrazów enterem lub spacją. Znajdź wszystkie pary wyrazów.
Interaktywna gra, polegająca na łączeniu wyrazów w pary w ciągu jednej minuty. Czas zaczyna upływać wraz z rozpoczęciem gry. Jeden ruch to odkrywanie najpierw jednej potem drugiej karty z wyrazem. Każdy wyraz jest odczytywany. Kolejny ruch to odkrywanie trzeciej i czwartej karty. W ten sposób odsłuchasz wszystkie wyrazy. Nawigacja z poziomu klawiatury za pomocą strzałek, odsłuchiwanie wyrazów enterem lub spacją. Znajdź wszystkie pary wyrazów.
Match Polish terms with their English equivalents.
stan wzbudzony
stan podstawowy
linia widmowa
absorption
spectral line
emission
ground state
emisja
absorbcja
excited state
Source: Zespół autorski Politechniki Łódzkiej, licencja: CC BY 3.0.
