Atomen 2 – Väteatomen, absorptions- och ... - bjornjonsson.se

Fysik B bjorn.jonsson@vgy.se
Värmdö Gymnasium www.bjornjonsson.se
Emissionsspektra
8
Som tidigare sagts kommer en exciterad atom att deexciteras inom 10 − s, och därigenom emittera
en foton. Fotonens våglängd beror av hur mycket energi atomen förlorar då dess elektron ”ramlar
ner” till den lägre elektronbanan. Eftersom energiavstånden mellan banorna är givna så är också de
möjliga fotonvåglängderna givna för alla ämnen.
Genom att dela upp en ljusstråle med t.ex. ett prisma eller ett gitter kan man få ett spektra. Vi har
tidigare gjort detta i Fysik A:s optikmoment, när vi delade upp vitt ljus till en ”regnbåge”. Om vi gör
detta med ljus från t.ex. vätgas så kommer samma mönster att synas, fast bara de färger i spektrat
som väte sänder ut. Vi får ett linjespektra där varje linje motsvarar en möjlig elektronövergång i
vätet. På s. 209 i Quanta B finns en bild den synliga delen av vätets emissionsspektra (d.v.s.
spektrat av alla de våglängder som väte kan emittera), och en mer fullständig bild finns här
nedanför.
Lymanserien är den del av vätets spektra som fås då elektronen övergår till grundnivån (alltså t.ex.
övergångarna 2-1, 3-1, 4-1, o.s.v.). Fotonerna som då sänds ut är ultravioletta (UV-strålning).
Balmerserien är övergångar till första excitationsnivån (n = 2, t.ex. 3-2, 4-2, 5-2 o.s.v.) och ger för
det mesta synligt ljus.
Paschenserien är övergångar till andra excitationsnivån (n = 3).
Ju större energiskillnader i övergångarna, desto kortare våglängd får den emitterade fotonen.
Ex. Beräkna vilka våglängder i Balmerserien som kan emitteras från en väteatom som befinner
sig i tredje excitationsnivån (n = 4).
/BJ
Balmerserien är övergångar till första excitationsnivån (n = 2). Våglängderna fås genom
sambandet
hc
hc
hf = = W − W ⇒ λ = där W m 2
m är energin för startnivån i deexcitationen.
λ
W − W
m
2
Möjliga vägar för elektronen att deexciteras är direkt 4-2 eller i två steg, 4-3 följt av 3-2. Det
finns alltså två möjliga övergångar och därmed två möjliga Balmervåglängder som kan
emitteras.
−19
−19
4-2: W − W = −0,
85 − ( −3,
40)
= 2,
55 eV = 2,
55 ⋅ 1,
602 ⋅ 10 J = 4,
0851 ⋅ 10 J
4
2
hc
λ =
W4
− W2
−34
8
6,
63 ⋅ 10 ⋅ 3,
00 ⋅ 10
=
−19
4,
0851 ⋅ 10
= 487 nm (blått ljus)
4-3: W − W
−19
−19
= −0,
85 − ( −1,
51)
= 0,
66 eV = 0,
66 ⋅ 1,
602 ⋅ 10 J = 1,
05732 ⋅ 10 J
4
3
hc
λ =
W − W 4 3
−34
8
6,
63 ⋅10
⋅ 3,
00 ⋅10
=
−19
1,
05732 ⋅10
= 1881 nm (infrarött ljus, ej Balmerserien)
3-2: W − W
−19
−19
= −1,
51 − ( −3,
40)
= 1,
89 eV = 1,
89 ⋅ 1,
602 ⋅ 10 J = 3,
02778 ⋅ 10 J
3
2
−34
8
hc 6,
63 ⋅ 10 ⋅ 3,
00 ⋅ 10
λ = =
= 657 nm (rött ljus)
−19
W − W 3,
02778 ⋅ 10
3
2
4 (6)