Giáo án điện tử chuyên đề Vật lí 12 chân trời Bài 9: Quang phổ vạch của nguyên tử

CHÀO MỪNG CẢ LỚP ĐẾN VỚI TIẾT HỌC MỚI

KHỞI ĐỘNG

Giới thiệu

Vào đầu thế kỉ XX, các nhà vật lí đã khám phá ra một số hiện tượng mà vật lí cổ điển không thể giải thích một cách thoả đáng như hiện tượng các chất khí (hydrogen và các lon tương tự) khi hấp thụ năng lượng sẽ phát ra quang phổ vạch gồm các vạch màu riêng lẻ (Hình 9.1).

Ngoài ra, mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford cũng không thể giải thích được vì sao các electron mang điện tích âm chuyển động tròn quanh hạt nhân mang điện tích dương lại không mất năng lượng và rơi vào trong hạt nhân. Mô hình nguyên tử do nhà vật lí người Đan Mạch Niels Bohr (Nây Bo) (Hình 9.2) đề xuất đã giải quyết được những vấn đề trên.

BÀI 9: QUANG PHỔ VẠCH CỦA NGUYÊN TỬ

NỘI DUNG BÀI HỌC

CÁC TIÊN ĐỀ BOHR

CÁC LOẠI QUANG PHỔ

3

GIẢI THÍCH SỰ HÌNH THÀNH CÁC VẠCH QUANG PHỔ CỦA NGUYÊN TỬ

CÁC TIÊN ĐỀ BOHR

1.1

Giới thiệu

Để giải thích tính bền vững của nguyên tử và sự xuất hiện quang phổ vạch của nguyên tử hydrogen, dựa trên các ý tưởng về lượng từ năng lượng của Planck, nhà vật lí người Đan Mạch Niels Bohr đã phát triển mô hình hành tinh nguyên tử của Rutherford và đưa ra hai tiên đề, được gọi là hai tiên để Bohr.

Tiên đề về trạng thái dừng

• Nêu tiên đề về trạng thái dừng.
• Thế nào là trạng thái cơ bản, trạng thái kích thích của nguyên tử?
• Mô tả các mức năng lượng của nguyên tử hyrogen.
• Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng En xác định, được gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trạng thái dừng, nguyên tử không bức xạ.
• Trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất của nguyên tử được gọi là trạng thái cơ bản, các trạng thái dừng có năng lượng cao hơn được gọi là trạng thái kích thích.

Nguyên tử hydrogen:

• Electron chuyển động tròn đều quanh hạt nhân trên các quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định, gọi là quỹ đạo dừng, có tên là K, L, M, N,..., tương ứng với trạng thái cơ bản, trạng thái kích thích thứ nhất, thứ hai, thứ ba,...
• Năng lượng của nguyên tử hydrogen cũng chỉ nhận các giá trị gián đoạn, được biểu diễn bởi các vạch thẳng, ngang, gọi là mức năng lượng.

Sử dụng sơ đồ Hình 9.3, tính năng lượng cần thiết để nguyên từ hydrogen chuyển từ trạng thái cơ bản đến trạng thái có năng lượng bằng 0 (năng lượng ion hoá nguyên tử).

Dựa vào sơ đồ, ta có: và (tương ứng với trạng thái electron đã được ion hoá). Do đó, năng lượng cần thiết để ion hoá nguyên tử hydrogen ở trạng thái cơ bản là:

Trả lời

1.2

Tiên đề về sự phát xạ và hấp thụ năng lượng của nguyên tử

Nêu cơ chế hấp thụ, bức xạ năng lượng của nguyên tử.

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 xạ một photon (Hình 9.4a) có năng lượng bằng:

Trong đó

• là tần số
• là bước sóng của bức xạ điện từ chứa photon

Nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng lượng Em mà hấp thụ được một lượng tử năng lượng có độ lớn đúng bằng thì nguyên tử sẽ chuyển sang trạng thái dừng có năng lượng En cao hơn (Hình 9.4b).

Quan sát các mức năng lượng của nguyên tử hydrogen ở Hình 9.3 và cho biết nếu cung cấp một năng lượng bằng 12,09 eV cho nguyên tử hydrogen đang ở trạng thái cơ bản thì nguyên tử này sẽ chuyển lên trạng thái kích thích tương ứng với mức năng lượng nào.

Luyện tập (SCĐ - tr56)

Sau đó, nguyên tử hydrogen có thể phát xạ các photon có bước sóng bằng bao nhiêu?

Trả lời

Ta có: .

Dựa vào sơ đồ ở Hình 9.3, ta thấy nguyên tử hydrogen sẽ chuyển lên trạng thái có năng lượng E3 (quỹ đạo M). Khi nguyên tử này chuyển về các mức năng lượng thấp hơn sẽ có thể phát xạ các photon có bước sóng sau:

+) nm.

+) nm.

+) nm.

Sơ đồ chuyển mức năng lượng của nguyên tử hydrogen trong trường hợp này được minh họa như sau:

CÁC LOẠI QUANG PHỔ

Làm việc theo nhóm thực hiện nhiệm vụ sau:

NHÓM 1

NHÓM 2

NHÓM 3

Tìm hiểu về quang phổ liên tục.

Tìm hiểu về quang phổ vạch phát xạ. Trả lời câu Thảo luận 2.

Tìm hiểu về quang phổ vạch hấp thụ. Trả lời câu Thảo luận 3.

Quang phổ liên tục

2.1

Quang phổ liên tục gồm nhiều dải màu nối liền nhau một cách liên tục.

Ví dụ: quang phổ của ánh sáng trắng phát ra bởi Mặt Trời (Hình 9.5).

Nguồn phát quang phổ liên tục: các chất rắn, lỏng và khí (ở áp suất cao) được nung nóng.

Tính chất của quang phổ liên tục:

• Không phụ thuộc vào bản chất của vật phát sáng mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của vật.
• Khi nhiệt độ của vật tăng thì độ sáng của quang phổ cũng tăng, miền quang phổ mở rộng dần từ bức xạ điện từ có bước sóng dài sang bức xạ điện từ có bước sóng ngắn.

Quang phổ vạch phát xạ

2.2

Quang phổ vạch phát xạ gồm các vạch màu riêng lẻ, ngăn cách nhau bằng những khoảng tối (Hình 9.1 và 9.6).

• Nguồn phát quang phổ vạch phát xạ: các chất khí hoặc hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích (khi được nung nóng hoặc khi có dòng điện phóng qua).
• Tính chất của quang phổ vạch phát xạ:
• Các nguyên tử ứng với các nguyên tố khác nhau phát ra các quang phổ vạch khác nhau về số lượng vạch, màu sắc, vị trí của các vạch và cường độ sáng của các vạch đó. Do đó, quang phổ vạch phát xạ đặc trưng cho mỗi nguyên tố.

Quan sát Hình 9.1 và 9.6, so sánh quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hydrogen và neon về số lượng vạch.

Thảo luận 2

HÌNH 9.1

Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử hydrogen chỉ có 4 vạch trong vùng ánh sáng nhìn thấy tương ứng với 4 màu: đỏ, lam, chàm và tím.

HÌNH 9.6

Quang phổ vạch phát xạ của nguyên tử neon có rất nhiều vạch trong vùng ánh sáng nhìn thấy.

Số lượng vạch phát xạ trong vùng ánh sáng nhìn thấy của nguyên tử neon nhiều hơn của nguyên tử hydrogen.

Quang phổ vạch hấp thụ

2.3

• Quang phổ vạch hấp thụ của khí (hoặc hơi kim loại) là quang phổ liên tục thiếu một số vạch màu do bị chất khí (hoặc hơi kim loại) hấp thụ.
• Điều kiện thu được quang phổ vạch hấp thụ là nhiệt độ của khí hoặc hơi hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn phát ra quang phổ liên tục.
• Tính chất của quang phổ vạch hấp thụ:
• Vị trí của các vạch tối trong quang phổ hấp thụ của chất khí đang xét (như hydrogen) trùng với vị trí của các vạch màu trong quang phổ vạch phát xạ của chất khí đó.

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

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