Zgodnie z tzw. modelem Bohra elektron w atomie wodoru może zajmować ściśle określone poziomy (lub stany) energetyczne. Energie tych stanów wyrażają się wzorem: , gdzie to liczba naturalna (tzw. główna liczba kwantowa), która zmienia się od jednego do nieskończoności. Elektrony, które krążą po orbitach położonych bliżej jądra atomowego, o małych wartościach liczb kwantowych, mają energię co do wartości (!) większą od tych, które krążą po orbitach bardziej oddalonych od jądra.
Widma emisyjne wodoru powstają na skutek emisji fotonów przez atomy tego pierwiastka, która towarzyszy przeskokom elektronów z niższego stanu energetycznego (o mniejszej liczbie kwantowej) na wyższy (o większej liczbie kwantowej).
Widmo emisyjne wodoru można podzielić na kilka tzw. serii widmowych. Każda z serii odpowiada przeskokom elektronu na inny, docelowy stan energetyczny.
Na poniższej animacji pokazano, w jaki sposób powstają linie tzw. serii Balmera, w której docelowym stanem jest stan, któremu jest przypisana liczba kwantowa Seria Balmera jest wyjątkowa, ponieważ wchodzące w jej skład linie leżą w widzialnym zakresie fal elektromagnetycznych.
RXsPKBwkFgxHh
Zapoznaj się z audiodeskrypcją animacji.
Zapoznaj się z audiodeskrypcją animacji.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. Licencja: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Źródło: Politechnika Warszawska Wydział Fizyki, licencja: CC BY 4.0. Licencja: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.pl.
Zapoznaj się z audiodeskrypcją animacji.
Polecenie 1
Oblicz długość fali fotonu wyemitowanego przez atom wodoru podczas przeskoku ze stanu do stanu . Na zamieszczonym poniżej rysunku możesz sprawdzić, czy uzyskany przez Ciebie wynik jest prawidłowy.
R1ScJwfdcsvmo
Rysunek przedstawia model atomu wodoru. W środku jest kropka symbolizująca jądro atomowe. Otacza ją sześć okręgów symbolizujących poziomy energetyczne elektronu w atomie. Okręgi mają coraz większe promienie, od okręgu o najmniejszym promieniu, opisanego n równa się jeden, do okręgu o największym promieniu, który opisano n równa się sześć. Między okręgami są trzy serie strzałek skierowanych do środka okręgu. Przy każdej strzałce jest opis określający długość fali fotonu wyemitowanego przy przejściu elektronu z wyższego poziomu energetycznego na niższy poziom. Pierwsza seria opisana jako Lyman series (po polsku seria Lymana) składa się ze strzałek, których koniec leży na okręgu oznaczonym jako n równa się jeden. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się dwa jest opis 122 nanometry. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się trzy jest opis 103 nanometry. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się cztery jest opis 97 nanometrów. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się pięć jest opis 95 nanometrów. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się sześć jest opis 94 nanometry. Druga seria opisana jako Balmer series (po polsku seria Balmera) składa się ze strzałek, których koniec leży na okręgu oznaczonym jako n równa się dwa. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się trzy umieszczono opis 656 nanometrów. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się cztery umieszczono opis 486 nanometrów. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się pięć umieszczono opis 434 nanometry. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się sześć umieszczono opis 410 nanometrów. Trzecia seria opisana jako Paschen series (po polsku seria Paschena) składa się ze strzałek, których koniec leży na okręgu oznaczonym jako n równa się trzy. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się cztery jest opis 1875 nanometrów. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się pięć jest opis 1282 nanometry. Przy strzałce o początku na okręgu n równa się sześć jest opis 1094 nanometry.
Źródło: A_hidrogen_szinkepei.jpg: User:Szdoriderivative work: OrangeDog, dostępny w internecie: https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogen_spectral_series#/media/File:Hydrogen_transitions.svg [dostęp 21.04.2022], licencja: CC BY 2.5.
Zauważ, że pokazane na rysunku długości fal, odpowiadających liniom widmowym z serii Balmera, różnią się nieco od wartości wyznaczonych na filmie. Ta różnica jest niewielka i wynika z przyjęcia na filmie mniej dokładnych wartości stałych fizycznych i .
1
Polecenie 2
Przyjrzyj się rysunkowi dołączonemu do Polecenia 1. i porównaj ten rysunek z widmem fal elektromagnetycznych. Odpowiedz na pytanie: Do jakiego zakresu fal należą linie widmowe z serii Lymana, a do jakiego z serii Paschena.
uzupełnij treść
Seria Lymana leży w ultrafiolecie, a Paschena w podczerwieni. Obydwie serie leżą poza widzialnym zakresem (400 nm - 700 nm) fal elektromagnetycznych.
1
Polecenie 2
Skorzystaj z dostępnych Ci źródeł i odpowiedz na pytanie. Do jakiego zakresu fal należą linie widmowe z serii Lymana, a do jakiego z serii Paschena?
uzupełnij treść
Seria Lymana leży w ultrafiolecie, a Paschena w podczerwieni. Obydwie serie leżą poza widzialnym zakresem (400 nm - 700 nm) fal elektromagnetycznych.