Это пособие охватывает выбранные темы уровня HL для курса, впервые аттестованного в 2025; оно не является полной программой.
Предварительные требования: читать указанные количества и единицы, использовать арифметику и моделированные условия ниже.
Примеры являются оригинальными и вымышленными: они не представляют собой реальные измерения или реальные студенческие исследования.
20.2
Атомные модели и линейчатые спектры
Что могло бы объяснить это наблюдение?
Возбужденный газ излучает отдельные цветные линии, а не сплошной спектр всех длин волн. Такая картина является доказательством дискретности разницы энергий в атоме.
Постройте модель
Атомы имеют маленькое положительное ядро и электроны.
Спектры испускания и поглощения возникают при переходах между дискретными энергетическими уровнями.
Энергия фотона равна разности уровней и подчиняется формуле E = hf.
энергетический уровень: Допустимое состояние энергии в модели.
При нисходящем переходе испускается один фотон, энергия которого равна разности уровней: hf = E₂ − E₁
Выберите доказательства для проверки гипотезы
Испущенный фотон соответствует переходу на более низкий энергетический уровень.
Поглощение требует соответствующей разницы энергий.
Рассеяние Резерфорда подтвердило наличие маленького плотного ядра, однако одного этого эксперимента было недостаточно для установления полной квантовой модели.
В лаборатории: Перед вычислениями изучите диаграмму с обозначенными энергетическими уровнями. Разделяйте джоули и электронвольты, используйте данные константы. Сравнивайте отнесённые спектры по общей шкале длин волн и избегайте наблюдения за опасными источниками света.
Работайте с известными величинами
Известно: энергетические уровни составляют −6.0 и −2.0 эВ.
При переходе вниз выделяется 4.0 эВ = 6.4 × 10⁻¹⁹ Дж, используя 1 эВ = 1.6 × 10⁻¹⁹ Дж.
При h = 6.4 × 10⁻³⁴ Дж·с для данного округлённого упражнения частота составляет 1.0 × 10¹⁵ Гц.
Ваша очередь: Уровни равны −7.0 и −2.0 эВ. Найдите энергию, выделяющуюся при нисходящем переходе.
Проверьте вывод и его границы применимости
Отрицательные энергии связанных состояний отсчитываются от выбранного нуля; это не означает, что испускается фотон с отрицательной энергией.
Больший перепад энергии вниз соответствует более высокой частоте.
Неверно: Отрицательная энергия связанного состояния означает, что испущенный фотон имеет отрицательную энергию. Энергии уровней измеряются относительно выбранного нуля (свободный электрон в покое), поэтому энергии связанных состояний отрицательны. Энергия фотона — это положительная РАЗНОСТЬ между уровнями: разность отрицательных чисел является положительной.
Ключевые моменты:
Атомы имеют маленькое положительное ядро и электроны.
Испущенный фотон соответствует переходу на более низкий энергетический уровень.
Обращайте внимание: отрицательные энергии связанных состояний отсчитываются от выбранного нуля; это не означает, что испускается фотон с отрицательной энергией.
Запишите на основе энергии фотона 8 электронвольт
Уровни имеют значения минус 12.0 и минус 4.0 эВ.
Найдите энергию фотона при переходе вниз. Отрицательное значение уровня не делает энергию фотона отрицательной.
Записать на основе считывания энергии ионизации
Энергетический уровень расположен на отметке −5.0 эВ.
Для ионизации требуется +5.0 эВ = 8.0 × 10⁻¹⁹ Дж — это энергия связи основного состояния, записанная в обратном порядке.
Записать на основе подсчёта трёхуровневой системы
Levels at −5, −3 and −1 eV.
Переходы с энергией 2, 4 и 2 эВ — три перехода, но только ДВА различных энергии фотонов: подсчитайте количество переходов, затем количество уникальных линий.
Исследовать
A photon carries the energy gap
Negative bound levels give positive photon energies; equal gaps share a spectral line.
