Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 cánh diều Bài 2: Quang phổ vạch của nguyên tử

CHÀO MỪNG CÁC EM

QUAY TRỞ LẠI VỚI MÔN HỌC!

Mặt Trời là một quả cầu lửa khổng lồ nóng sáng với nhiệt độ bề mặt khoảng 6 000oC và ở cách chúng ta khoảng 1,5 triệu kilomet. Tuy Mặt Trời ở xa như vậy, nhưng nhờ nghiên cứu quang phổ của Mặt Trời mà người ta biết thành phần cấu tạo của nó.

KHỞI ĐỘNG

Hình. Quang phổ của ánh sáng Mặt Trời

Quang phổ là gì?

Có những loại quang phổ nào?

CHUYÊN ĐỀ 3: VẬT LÍ LƯỢNG TỬ

QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ

2

NỘI DUNG BÀI HỌC

I

Quang phổ phát xạ

II

Quang phổ vạch hấp thụ

IV

Ví dụ vận dụng công thức chuyển mức năng lượng

Giải thích sự tạo thành vạch quang phổ

III

I. QUANG PHỔ PHÁT XẠ

Quan sát hình 2.1:

Khi ánh sáng trắng tán sắc qua lăng kính, ta quan sát được một vùng sáng gồm nhiều dải màu từ đỏ đến tím. Ta gọi vùng sáng đó là quang phổ của ánh sáng trắng.

Đỏ

Tím

KHÁI NIỆM

• Các chất rắn, lỏng, khí được nung nóng đến nhiệt độ cao, đều phát ra ánh sáng. Quang phổ của ánh sáng do các chất đó phát ra được gọi là quang phổ phát xạ của chúng.
• Quang phổ phát xạ của các chất khác nhau bao gồm:

Quang phổ liên tục

Quang phổ vạch phát xạ

1. Quang phổ liên tục

Quang phổ gồm nhiều dải màu từ đỏ đến tím, nối liền nhau một cách liên tục, được gọi là quang phổ liên tục.

Hình 2.2. Quang phổ liên tục của ánh sáng nhìn thấy (bước sóng tính bằng nm)

Khi nào các chất phát ra quang phổ liên tục?

Các chất rắn, chất lỏng và những chất khí ở áp suất lớn khi bị nung nóng đều phát ra quang phổ liên tục.

Ví dụ một số nguồn phát ra quang phổ liên tục:

Vật rắn như dây tóc bóng đèn

Chất lỏng như kim loại nóng chảy

Chất khí áp suất lớn như Mặt Trời

Dựa vào đặc điểm nào của quang phổ liên tục có thể xác định nhiệt độ của vật nóng ở rất xa?

Câu 1 (SGK - tr.59)

Quang phổ liên tục không phụ thuộc bản chất của vật phát sáng mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ của vật.

Dựa vào đặc điểm:

2. Quang phổ vạch phát xạ

Quang phổ gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối, được gọi là quang phổ vạch phát xạ.

Hình minh họa quang phổ vạch phát xạ

Các chất nào có thể phát ra quang phổ vạch phát xạ? Khi nào các chất phát ra quang phổ vạch phát xạ?

Quang phổ vạch phát xạ do chất khí hoặc hơi kim loại ở áp suất thấp phát ra, khi bị kích thích bằng nhiệt hay bằng điện.

Nguồn phát ra quang phổ vạch phát xạ:

Mỗi nguyên tố hoá học khi bị kích thích, phát ra các bức xạ có bước sóng xác định và cho một quang phổ vạch phát xạ riêng, đặc trưng cho nguyên tố ấy.

Hình 2.3. Quang phổ vạch phát xạ của hydrogen (bước sóng tính bằng nm)

Vùng ánh sáng nhìn thấy có bốn vạch đặc trưng: vạch đỏ, vạch lam, vạch chàm và vạch tím.

Ví dụ

Quan sát quang phổ vạch phát xạ của một số nguyên tố

Hãy ước lượng bước sóng của vạch đỏ, vạch lam, vạch chàm và vạch tím trong quang phổ vạch phát xạ của hydrogen.

Câu 2 (SGK - tr.59)

Hình 2.3. Quang phổ vạch phát xạ của hydrogen (bước sóng tính bằng nm)

≈656 nm

≈486 nm

≈434 nm

≈410 nm

Video khái quát tính chất của quang phổ liên tục và quang phổ vạch phát xạ

II. QUANG PHỔ VẠCH HẤP THỤ

Khi ánh sáng trắng truyền qua chất khí có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng, một số bức xạ sẽ bị hấp thụ. Kết quả là trong quang phổ liên tục của ánh sáng trắng có các vạch tối xen kẽ.

Khi ánh sáng trắng truyền qua chất khí có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng.

Quang phổ vạch hấp thụ

Ví dụ

Hình. Cách để thu quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ của natri

Hình 2.4. Quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ của natri

Kết quả

Thí nghiệm về quang phổ vạch hấp thụ của nguyên tố natri

MỞ RỘNG

Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khác nhau.

Hình 2.5. Sơ đồ cấu tạo một loại máy quang phổ lăng kính

Nghiên cứu thông tin SGK và cho biết:

• Nêu khái niệm quang phổ vạch hấp thụ của chất khí (hay hơi kim loại).
• Điều kiện để thu được quang phổ vạch hấp thụ là gì?

Khái niệm: Quang phổ liên tục thiếu một số vạch màu do bị chất khí (hay hơi kim loại) hấp thụ được gọi là quang phổ vạch hấp thụ của khí (hay hơi) đó.

Điều kiện để thu được quang phổ vạch hấp thụ:

Nhiệt độ của đám khí hay hơi hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng phát ra phổ liên tục.

khí lạnh

cách tử nhiễu xạ

quang phổ vạch hấp thụ

Quang phổ vạch hấp thụ của mỗi nguyên tố đặc trưng cho nguyên tố đó.

Có thể căn cứ vào quang phổ vạch hấp thụ để nhận biết sự có mặt của nguyên tố đó trong các hỗn hợp hay hợp chất.

Tại sao có thể nói quang phổ của ánh sáng mặt trời mà ta thu được trên Trái Đất là quang phổ hấp thụ?

Câu 3 (SGK - tr.60)

Điều kiện để thu được quang phổ vạch hấp thụ là nhiệt độ của đám khí hay hơi hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng phát ra quang phổ liên tục, mà nhiệt độ của khí quyển Trái Đất thấp hơn nhiệt độ của Mặt Trời.

Lập bảng so sánh tính chất của quang phổ vạch phát xạ và quang phổ vạch hấp thụ.

Luyện tập 1 (SGK - tr.61)

khí nóng

khí lạnh

cách tử nhiễu xạ

quang phổ vạch phát xạ

quang phổ vạch hấp thụ

Quang phổ gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối.

Quang phổ liên tục thiếu một số vạch màu do bị chất khí (hay hơi kim loại) hấp thụ được gọi là quang phổ vạch hấp thụ của khí (hay hơi) đó.

Do chất khí hoặc hơi kim loại ở áp suất thấp phát ra, khi bị kích thích bằng nhiệt hay bằng điện.

Xuất hiện khi ánh sáng trắng truyền qua chất khí có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng, một số bức xạ (ứng với bước sóng xác định) sẽ bị hấp thụ.

Dùng để xác định thành phần của các vật liệu và nhận diện các chất trong mẫu.

Dùng để xác định thành phần của các chất và nhận diện các dạng phân tử trong mẫu.

III. GIẢI THÍCH SỰ TẠO THÀNH VẠCH QUANG PHỔ

1. Các mức năng lượng của nguyên tử

Mỗi photon ứng với ánh sáng có bước sóng và tần số có năng lượng:

hoặc

Các nguyên tử của một nguyên tố nhất định chỉ có thể phát ra hoặc hấp thụ ánh sáng có bước sóng nhất định. Các nguyên tố khác nhau phát ra và hấp thụ các bức xạ có bước sóng khác nhau. Vì sao lại như vậy?

Câu 4 (SGK - tr.61)

Thảo luận cặp đôi

Do mỗi nguyên tử có các mức năng lượng điện tử khác nhau, ứng với việc các electron trong nguyên tử được phân bố vào các vùng hoặc cấu hình khác nhau trong hệ thống electron của nguyên tử đó.

GHI NHỚ

Nguyên tử chỉ tồn tại ở một số trạng thái có năng lượng xác định En, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ.

Năm 1913, Niels Bohr đã đề xuất về trạng thái dừng của nguyên tử

Hình 2.6. Sơ đồ một số mức năng lượng được phép của electron trong nguyên tử hydro

• Một electron trong nguyên tử hydrogen chỉ có thể có một trong các giá trị năng lượng nhất định. Nó không thể có năng lượng nằm giữa các mức năng lượng được phép.
• Năng lượng có giá trị âm cho thấy electron bị giữ lại bên trong nguyên tử bởi lực hút của hạt nhân nguyên tử.
• Khi có năng lượng bằng không, electron trở thành electron tự do.

Borh đã đưa ra các đề xuất về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử như sau:

Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng En sang trạng thái dừng có năng lượng Em thấp hơn thì nguyên tử phát ra một photon có năng lượng đúng bằng En – Em.

En – Em = hf

Ngược lại, nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng Em mà hấp thụ được một photon có năng lượng đúng bằng En – Em thì nó chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng En cao hơn.

----------------------------------

----------------------- Còn tiếp -------------------------