Chuyên đề Vật lí 12 Cánh diều Bài 2. Quang phổ vạch của nguyên tử có đáp án

Quang phổ là một dải màu sắc được tạo ra khi ánh sáng bị tán sắc bởi lăng kính hoặc lưới nhiễu xạ. Mỗi nguyên tố hoặc hợp chất khi bị kích thích sẽ phát ra ánh sáng có bước sóng đặc trưng, tạo nên quang phổ vạch riêng biệt của nó.

Có những loại quang phổ là: Quang phổ liên tục, quang phổ phát xạ, quang phổ hấp thụ.

Bước sóng của vạch đỏ khoảng 656 nm.

Bước sóng của vạch lam khoảng 486 nm.

Bước sóng của vạch chàm khoảng 434 nm.

Bước sóng của vạc tím khoảng 410 nm.

Bời vì: mỗi nguyên tố đều có cấu tạo electron khác nhau, cũng như cách sắp xếp trong các phân lớp và phân mức năng lượng khác nhau. Cấu trúc electron này quyết định các trạng thái năng lượng mà electron có thể tồn tại trong nguyên tử.

Chính vì thế mà Bohr đã đưa ra các đề xuất về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử nên các nguyên tố khác nhau phát ra và hấp thụ các bức xạ có bước sóng khác nhau.

Dùng mẫu nguyên tử Bo, người ta đã giải thích rất thành công các quy luật của quang phổ nguyên tử hiđrô.

Trước hết, dựa vào tiên đề về các trạng thái dừng và vào số liệu thực nghiệm về quang phổ, người ta đã xác định được năng lượng của êlectron trong nguyên tử hiđrô ở các trạng thái dừng khác nhau (các mức năng lượng của nguyên tử hiđrô E$_{K}$, E$_{L}$, E$_{M}$ ... ). Khi êlectron chuyển từ mức năng lượng cao (E$_{cao}$) xuống mức năng lượng thấp hơn (E$_{thấp}$) thì nó phát ra một phôtôn có năng lượng hoàn toàn xác định: hf = E$_{cao}$ - E$_{thấp}$.

Mỗi phôtôn có tần số f ứng với một sóng ánh sáng đơn sắc có bước sóng $λ=\frac{c}{f}$, tức là ứng với một vạch quang phổ có một màu (hay một vị trí) nhất định. Điều đó lí giải tại sao quang phổ phát xạ của nguyên tử hiđrô là quang phổ vạch. Ngược lại, nếu một nguyên tử hiđrô đang ở một mức năng lượng E$_{thấp}$ nào đó mà nằm trong một chùm sáng trắng, trong đó có tất cả các phôtôn có năng lượng từ lớn đến nhỏ khác nhau, thì lập tức nguyên tử đó sẽ hấp thụ ngay một phôtôn có năng lượng phù hợp ε = E$_{cao}$ - E$_{thấp}$ để chuyển lên mức năng lượng E$_{cao}$: Như vậy, một sóng ánh sáng đơn sắc đã bị hấp thụ, làm cho trên quang phổ liên tục xuất hiện một vạch tối. Do đó, quang phổ hấp thụ của nguyên tử hiđrô cũng là quang phổ vạch.