Giải chi tiết chuyên đề Vật lí 12 CTST bài 9: Quang phổ vạch của nguyên tử

KHỞI ĐỘNG

1. CÁC TIÊN ĐỀ BOHR

Thảo luận 1: Sử dụng sơ đồ ở Hình 9.3, tính năng lượng cần thiết để nguyên tử hydrogen chuyển từ trạng thái cơ bản đến trạng thái có năng lượng bằng không (năng lượng ion hoá nguyên tử)

Bài làm chi tiết:

Năng lượng cần thiết để nguyên tử hydrogen chuyển từ trạng thái cơ bản đến trạng thái có năng lượng bằng không (năng lượng ion hoá nguyên tử):

Luyện tập: Quan sát các mức năng lượng của nguyên tử hydrogen ở Hình 9.3 và cho biết nếu cung cấp một năng lượng bằng 12,09 eV cho nguyên tử hydrogen đang ở trạng thái cơ bản thì nguyên tử này sẽ chuyển lên trạng thái kích thích tương ứng với mức năng lượng nào? Sau đó, nguyên tử hydrogen có thể phát xạ các photon có bước sóng bằng bao nhiêu?

Bài làm chi tiết:

Ta có: ; eV

Vậy nguyên tử này sẽ chuyển lên trạng thái kích thích tương ứng với mức năng lượng

Nguyên tử hydrogen có thể phát xạ các photon có bước sóng:

2. CÁC LOẠI QUANG PHỔ

Thảo luận 2: Quan sát Hình 9.1 và 9.6, so sánh quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hydrogen và neon về số lượng vạch.

Bài làm chi tiết:

- Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hydrogen: gồm một số vạch sáng, đơn lẻ, tập trung chủ yếu ở vùng ánh sáng nhìn thấy. Các vạch có màu sắc đặc trưng như: đỏ, lam, tím,…

- Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử neon: gồm nhiều vạch sáng, phức tạp hơn so với hydrogen. Các vạch trải dài trên toàn bộ vùng ánh sáng nhìn thấy từ đỏ đến tím.

Thảo luận 3: So sánh số vạch và trị trí của các vạch phổ phát xạ (Hình 9.7a) và các vạch phổ hấp thụ (Hình 9,7b) của nguyên tử hydrogen.

Bài làm chi tiết:

- Quang phổ phát xạ:

+ Gồm một số vạch sáng, đơn lẻ, tập trung chủ yếu ở vùng ánh sáng nhìn thấy.

+ Trùng khớp với vị trí các vạch tối trong quang phổ hấp thụ.

- Quang phổ hấp thụ:

+ Gồm nhiều vạch tối xen kẽ với các vạch sáng.

+ Trùng khớp với vị trí các vạch sáng trong quang phổ phát xạ

Vận dụng: So sánh quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ của mỗi chất khí.

Bài làm chi tiết:

- Giống nhau: Vị trí các vạch sáng trong quang phổ vạch phát xạ trùng với vị trí các vạch tối trong quang phổ vạch hấp thụ.

- Khác nhau: 

+ Quang phổ vạch phát xạ: số lượng vạch ít, vạch sáng, rõ nét.

+ Quang phổ vạch hấp thụ: số lượng vạch nhiều, vạch tối có thể mờ hoặc đậm.

Luyện tập: Quan sát quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hydrogen (H) (Hình 9.7a), quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử sodium (Na) (Hình 9.8a) và quang phổ của ánh sáng mặt trời thu nhận được từ mặt đất (Hình 9.8b). Giải thích sự xuất hiện các vạch tối trên nền màu liên tục trong Hình 9.8b. Vì sao các vạch tối này, ta có thể khẳng định trong khí quyển quanh Trái Đất có tồn tại nguyên tử hydrogen (H) và nguyên tử sodium (Na).

Bài làm chi tiết:

Sự xuất hiện các vạch tối trên nền màu liên tục trong Hình 9.8b vì: Vạch tối xuất hiện do hiện tượng hấp thụ ánh sáng. Ánh sáng từ Mặt Trời (gồm nhiều bước sóng khác nhau) đi qua khí quyển Trái Đất. Các nguyên tử hydrogen và sodium trong khí quyển hấp thụ một phần ánh sáng với các bước sóng nhất định tương ứng với các mức năng lượng của chúng. Buộc các bước sóng đó không thể đến được Trái Đất, tạo nên các vạch tối trên nền màu liên tục.

Các vạch tối này, ta có thể khẳng định trong khí quyển quanh Trái Đất có tồn tại nguyên tử hydrogen (H) và nguyên tử sodium (Na) vì: 

Dựa trên vạch D: Vạch D màu vàng trong quang phổ ánh sáng  mặt trời cho thấy sự tồn tại của nguyên tử sodium trong khí quyển Trái Đất.

Dựa trên các vạch tối khác: So sánh vị trí các vạch tối trong quang phổ ánh sáng    mặt trời với vị trí các vạch sáng trong quang phổ phát xạ của hydrogen. Nếu trùng khớp, khẳng định sự tồn tại của nguyên tử hydrogen trong khí quyển Trái Đất.

3. GIẢI THÍCH SỰ HÌNH THÀNH CÁC VẠCH QUANG PHỔ CỦA NGUYÊN TỬ

4. BÀI TẬP

Câu hỏi 1: Sử dụng các giá trị của các mức năng lượng của nguyên tử hydrogen trong Hình 9.3 để tính các bước sóng do nguyên tử này phát xạ khi thực hiện các chuyển dời từ các mức năng lượng E₃, E₄, E₅, E₆ về mức năng lượng E₂.

Bài làm chi tiết:

Câu hỏi 2: Để nguyên tử hydrogen đang ở trạng thái cơ bản có thể phát xạ được sau vạch quang phổ, cần phải cung cấp năng lượng để năng lượng nguyên tử này chuyển dời lên mức kích thích nào? Vẽ sơ đồ dịch chuyển giữa các mức năng lượng.

Bài làm chi tiết:

Để nguyên tử hydrogen đang ở trạng thái cơ bản (n = 1) có thể phát xạ sau vạch quang phổ (có nghĩa là phát xạ các photon có bước sóng lớn hơn 656,3 nm), cần cung cấp năng lượng để nó chuyển lên mức kích thích n ≥ 3.