Най-важното от урока
Линейни спектри: Всеки химичен елемент има уникален линеен спектър (на излъчване и поглъщане), който действа като негов "пръстов отпечатък".
Квантувани нива: Атомите имат дискретни енергийни нива - основно (най-ниско) и възбудени.
Атомни преходи: Преход между нива става чрез поглъщане/излъчване на фотон.
Енергия на фотона: Енергията на фотона е точно равна на разликата в енергията на двете нива: \(h\nu = E_{крайно} - E_{начално}\).
Квантувани нива: Атомите имат дискретни енергийни нива - основно (най-ниско) и възбудени.
Атомни преходи: Преход между нива става чрез поглъщане/излъчване на фотон.
Енергия на фотона: Енергията на фотона е точно равна на разликата в енергията на двете нива: \(h\nu = E_{крайно} - E_{начално}\).
Разредените атомарни газове не излъчват непрекъснат спектър (като нагретите тела), а линеен спектър, съставен от отделни цветни линии, който е уникален за всеки химичен елемент.
- Спектър на излъчване: Получава се, когато газ се нагрее до висока температура. Атомите излъчват светлина само на определени дължини на вълната (ярки линии).
- Спектър на поглъщане (абсорбционен): Получава се, когато бяла светлина премине през студен газ. Газът поглъща светлина на същите дължини на вълната, които би излъчил, ако беше нагрят (тъмни линии).
Ако наблюдавате спектъра на далечна звезда и видите тъмни линии, които съвпадат с линиите от спектъра на поглъщане на хелия, какво означава това?
Отговор: Означава, че в атмосферата на звездата има хелий, който поглъща светлината, идваща от по-горещите вътрешни слоеве на звездата.
Енергията на един атом не може да приема всякакви стойности. Тя е квантувана, т.е. може да има само определени, дискретни стойности. Всяка от тези разрешени стойности се нарича енергийно ниво.
- Основно състояние: Най-ниското възможно енергийно ниво на атома. В това състояние атомът е най-стабилен.
- Възбудени състояния: Всички енергийни нива над основното. Атомът е в такова състояние за много кратко време, след като е погълнал енергия.
Може ли един водороден атом да има енергия, която е по средата между енергийно ниво \(E_1\) и \(E_2\)?
Отговор: Не, не може. Енергията е квантувана, което означава, че атомът може да бъде само на определените нива (\(E_1\), \(E_2\), и т.н.), но не и между тях.
Преминаването на атом от едно енергийно ниво на друго се нарича атомен преход и е свързано с поглъщане или излъчване на фотон.
Енергията \(h\nu\) на погълнатия или излъчен фотон е точно равна на разликата между енергиите на двете нива, между които става преходът.
\[ h\nu = E_2 - E_1 \]
където \(E_2\) е по-високото, а \(E_1\) е по-ниското енергийно ниво.
Атом преминава от възбудено състояние с енергия \(E_3\) в основно състояние с енергия \(E_1\). Каква ще е енергията на излъчения фотон?
Отговор: Енергията на фотона ще бъде \(E_{фотон} = E_3 - E_1\).
Принципите са същите и за атоми с повече електрони. Електроните заемат състояния с най-ниска енергия, групирани в електронни слоеве (K, L, M...).
Максимален брой електрони в слоевете:
- K-слой: 2 електрона
- L-слой: 8 електрона
- M-слой: 18 електрона
Елементът Натрий (Na) има 11 електрона. Как са разпределени те по слоевете в основно състояние?
Отговор: K-слой: 2; L-слой: 8; M-слой: 1. Има един валентен електрон в най-външния слой.
Задачи за упражнение
Лесна: Защо спектърът на водорода е линеен, а не непрекъснат?
Защото енергията на водородния атом е квантувана и той може да излъчва/поглъща фотони само с енергии, равни на разликите между неговите дискретни енергийни нива. Всяка такава разлика съответства на една спектрална линия.
Средна: Атом има енергийни нива \(E_1 = 2 \text{ eV}\) и \(E_2 = 5 \text{ eV}\). За да се възбуди от състояние \(E_1\) до \(E_2\), той трябва да погълне фотон. Каква трябва да е енергията на този фотон? Ще погълне ли фотон с енергия \(4 \text{ eV}\)?
Енергията на фотона трябва да е точно равна на разликата в енергиите: \(E_{фотон} = E_2 - E_1 = 5 \text{ eV} - 2 \text{ eV} = 3 \text{ eV}\).
Атомът няма да погълне фотон с енергия \(4 \text{ eV}\), защото тя не съответства на разликата между две от неговите енергийни нива.
Атомът няма да погълне фотон с енергия \(4 \text{ eV}\), защото тя не съответства на разликата между две от неговите енергийни нива.
Трудна: Спектралните линии на водорода във видимата област се получават при преходи на електрони към второ енергийно ниво (\(E_2\)). Преходите към основното ниво (\(E_1\)) създават линии в ултравиолетовата област. Кои преходи са свързани с излъчване на фотони с по-голяма енергия - тези към \(E_1\) или тези към \(E_2\)? Обосновете се.
Преходите към основното ниво (\(E_1\)) са свързани с излъчване на фотони с по-голяма енергия. Това е така, защото разликата в енергията между кое да е възбудено състояние (\(E_n\)) и основното състояние (\(E_1\)) е по-голяма от разликата между същото възбудено състояние и второто ниво (\(E_2\)). По-голямата енергийна разлика означава фотон с по-голяма енергия (и по-висока честота), каквито са ултравиолетовите фотони.
