Esta apostila cobre tópicos selecionados de HL para o curso avaliado pela primeira vez em 2025; não constitui o programa completo.
Pré-requisitos: ler as quantidades e unidades declaradas, e usar aritmética e as condições do modelo abaixo.
Os exemplos são originais e fictícios: não são medições reais nem investigações reais de estudantes.
20.2
Modelos atômicos e espectros de linhas
O que explicaria esta observação?
Um gás excitado produz linhas coloridas separadas em vez de todos os comprimentos de onda. O padrão é evidência das diferenças discretas de energia atômica.
Construa o modelo
Os átomos possuem um pequeno núcleo positivo e elétrons.
Espectros de emissão e absorção surgem de transições entre níveis de energia discretos.
A energia do fóton é igual à diferença de nível e obedece E = hf.
espectro de emissão: Padrão de comprimento de onda da radiação emitida por uma fonte.
nível de energia: Estado de energia permitido em um modelo.
Uma transição descendente emite um fóton cuja energia é igual à diferença de nível: hf = E₂ − E₁
Escolha evidências que possam testá-lo
Um fóton emitido corresponde a uma transição para um nível de energia mais baixo.
A absorção exige uma diferença de energia compatível.
O espalhamento de Rutherford suportou um núcleo pequeno e denso, mas aquele experimento isolado não estabeleceu o modelo quântico completo.
No laboratório: Leia um diagrama de níveis de energia rotulado antes de calcular. Mantenha joules e eletronvolts distintos e use as constantes fornecidas. Compare espectros atribuídos em uma escala comum de comprimento de onda e evite observar fontes de luz inseguras.
Trabalhe a partir de quantidades conhecidas
Dados: os níveis de energia são −6.0 e −2.0 eV.
Uma transição descendente libera 4.0 eV = 6.4×10⁻¹⁹ J usando 1 eV = 1.6×10⁻¹⁹ J.
Com h = 6.4×10⁻³⁴ J s para este exercício arredondado, a frequência é 1.0×10¹⁵ Hz.
Sua vez: Níveis são −7.0 e −2.0 eV. Encontre a energia emitida na transição descendente.
Verifique a conclusão e seus limites
Energias negativas de estados ligados são relativas a um zero escolhido; isso não significa que um fóton emitido tenha energia negativa.
Uma maior diferença de energia descendente resulta em frequência mais alta.
Incorreto: Energia negativa de estado ligado significa que um fóton emitido tem energia negativa. As energias dos níveis são medidas em relação a um zero escolhido (um elétron livre em repouso), então estados ligados são negativos. A energia do fóton é a diferença POSITIVA entre os níveis - diferenças de números negativos são positivas.
Chave:
Os átomos possuem um pequeno núcleo positivo e elétrons.
Um fóton emitido corresponde a uma transição para um nível de energia mais baixo.
Atenção: energias de estados ligados negativas são relativas a um zero escolhido; não significam que um fóton com energia negativa seja emitido.
Escreva a partir da energia de um fóton de 8 elétron-volts
Os níveis são menos 12.0 e menos 4.0 eletronvolts.
Encontre a energia do fóton da transição descendente. Um nível negativo não torna a energia do fóton negativa.
Escreva a partir da energia de ionização lida
Um nível de energia está em −5.0 eV.
A ionização requer +5.0 eV = 8.0 × 10⁻¹⁹ J — a energia de ligação do estado fundamental lida ao contrário.
Escreva a partir de uma contagem de três níveis
Níveis em −5, −3 e −1 eV.
Transições de 2, 4 e 2 eV — três transições, mas apenas DUAS energias de fótons distintas: conte as transições, depois conte as linhas distintas.
Explorar
A photon carries the energy gap
Negative bound levels give positive photon energies; equal gaps share a spectral line.
