Giải SGK Chuyên đề Vật lí 12 Bài 11. Quang phổ vạch của nguyên tử

Bức xạ của mặt trời tạo ra được bảy sắc cầu vồng vì: Theo các tiên đề Bohr, khi hấp thụ năng lượng thích hợp, nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng thấp lên trạng thái dừng có năng lượng cao. Sau đó, nguyên tử chuyển về các trạng thái dừng có năng lượng thấp hơn, đồng thời phát xạ photon. Mỗi photon do nguyên tử phát xạ có bước sóng xác định tương ứng với một vạch quang phổ của nguyên tử này.

Theo đó, bức xạ mặt trời phát ra năng lượng ứng với các bước sóng của các màu đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím trong vùng nhìn thấy, nên tạo ra được bảy sắc cầu vồng.

Bức xạ của các vật chất khác phát ra có thể phân tách được thành các màu sắc như cầu vồng.

Ta có: 1 eV = 1,6.10$^{-19}$J

→ E$_{K}$ = -2,176.10$^{-18}$ (J);

E$_{L}$ = -5,44.10$^{-19}$ (J);

E$_{M}$ = -2,416.10$^{-19}$ (J);

E$_{N}$ = -1,36.10$^{-19}$ (J);

E$_{O}$ = -8,64.10$^{-20}$ (J);

E$_{P}$ = -6,08.10$^{-19}$ (J).

Khi electron của nguyên tử chuyển từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp hơn, nó phát ra photon, các vạch trong quang phổ được tạo ra từ các photon được phát ra.

Quang phổ vạch hấp thụ gồm cách vạch tối trên nền quang phổ liên tục

Quang phổ vạch phát xạ là các vạch màu trên nền tối

Các vị trí vạch tối trên quang phổ hấp thụ trùng với các vị trí vạch màu trên quang phổ vạch phát xạ chứng tỏ nguyên tử hydrogen có thể hấp thụ photon nào thì cũng có thể phát xạ ra photon đó.

Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định đó là trạng thái dừng, khi bị kích thích nguyên tử sẽ chuyển sang các trạng thái dừng khác nhau.

Khi nguyên tử đang ở trạng thái dừng có mức năng lượng là E$_{1}$, nó bị kích thích và nhận được năng lượng của photon là E đủ để chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng E$_{2}$, và ngược lại, khi nó phát ra năng lượng E đúng bằng năng lượng của photon trước đó, thì nó sẽ chuyển về trạng thái dừng có năng lượng E$_{1}$.

Vì vậy bất cứ nguyên tử nào hấp thụ được photon nào đều có thể phát xạ lại photon đó.

a) Năng lượng photon bị hấp thụ là: $\varepsilon = \frac{{hc}}{\lambda } = \frac{{{{6{,}626.10}^{ - 34}}{{.3.10}^8}}}{{{{590.10}^{ - 9}}}} = {3{,}37.10^{ - 19}}J$

b) Theo Hình 11.7, năng lượng để helium chuyển từ trạng thái kích thích thứ 2 lên trạng thái kích thích thứ 4 là: $\varepsilon = {E_2} - {E_4} = - 1{,}5 + 3{,}63 = 2{,}13eV = {3{,}14.10^{ - 19}}J$

Như vậy, năng lượng để helium chuyển từ trạng thái kích thích thứ 2 lên trạng thái kích thích thứ 4 có giá trị xấp xỉ bằng năng lượng hấp thụ photon để tạo một trong những vạch tối mà người ta phát hiện ra trong khí quyển mặt trời (ở câu a).

Vì vậy, trong khí quyển Mặt Trời có nguyên tử helium.