A hidrogénatom színképe

Author:Éder Ottó, geomatech_tsimon, Éder Ottó

A szimuláció megmutatja, milyen elektronátmenetek vezetnek a H-atom fénykibocsátásához.

Tudjuk, hogy a gerjesztett állapotú atomok alapállapotba visszatérve az energiaszint-csökkenésből származó többletenergiát kisugározzák. Vajon ez a kisugárzott energiamennyiség mérhető, látható, számítható?

Vizsgáld meg a hidrogénatom példáján a gerjesztett állapotban levő hidrogénatom energia-kisugárzását, és a kisugárzott fény mérhető jellemzőit!

Felhasználói leírás

- A bal oldali piros vonalak a héjak energiaszintjeit jelölik, E₁ jelöli az atommaghoz legközelebb eső héj energiaszintjét, 0 a végtelen távolságban levő elektron energiaszintjét. - A gerjesztési szint az az energiaszint, melyről az elektron kedvezőbb energiaszintre jut, eközben energiát sugároz ki. - A kvantumátmenet jelöli azt, hogy mely héjról (energiaszintről), mely héjra (energiaszintre) kerül az elektron az energia-kisugárzás során (m: kiindulási, gerjesztési szint, n: gerjesztés utáni, kisugárzás utáni szint) - A foton jellemzőit (energia, frekvencia, hullámhossz) az alkalmazás automatikusan számítja. - A foton hullámhosszát egy hosszú számegyenesként megjelenő skála szemlélteti (10^-6 m nagyságrendben), jelezve a látható fény tartományát. - Az ábrán a p⁺ a hidrogénatom egyetlen protonját jelöli az atommagban, körülötte a körívek a különböző kvantumszámú héjakat jelölik, ahol az elektronok elhelyezkedhetnek. Az atommaghoz legközelebb eső az első héj, a következő a második, és így tovább. A segédanyag használata során a gerjesztés szintjét mindig mi állítjuk be. A gerjesztési szint mezőbe írjuk be a gerjesztett állapot kvantumszámát, vagy egérrel az elektront a megfelelő főkvantumszámú helyre húzzuk. Ez lesz a szimuláció során a kiindulási állapot (amilyen szintre az elektront gerjesztettük). Utána tudjuk beállítani egérrel, hogy mely főkvantumszámú héjra kerüljön vissza az elektron, azaz mekkora legyen a leadott energiamennyiség utáni energiaszint. A leadott (kisugárzott) energiamennyiség frekvenciája meglehetősen széles skálát ölel fel. Érdemes felhívni a tanulók figyelmét arra, hogy a látható fény tartománya ennek csak egy meglehetősen kis részlete! A látható fény tartományába eső kisugárzások keresése véletlenszerűnek tűnhet, a tanulóknak mégis mindösszesen 15 esetet kell megvizsgálniuk, erre elég, ha 5-8 percet hagyunk.

1. Feladat

Hány elektronja van és hány héjon az alapállapotú hidrogénatomnak?

2. Feladat

Határozd meg a következőket! a) Mekkora energiamennyiség szabadul fel, ha a 6. héjról az elektron a 2. héjra kerül vissza gerjesztés után? b) Milyen hullámhosszúságú fénykibocsátás történik eközben? c) A látható fény mely tartományába esik a kibocsátott fény?

3. Feladat

Keress még hasonlóan a látható fény tartományába eső fénykibocsátás-értékeket! Milyen hullámhosszúságú és milyen színű fényt bocsájt ki ebben az esetben a hidrogénatom?

4. Feladat

Vizsgáld meg az energiaszint-csökkenés mértékét! a) Keresd meg, hogy az egyes héjak között egyetlen gerjesztési szint csökkenés (6-ról 5-re, 5-ről 4-re,… stb.) mekkora energia-felszabadulással jár! b) Hogyan változnak az adatok a nagyobb gerjesztési szint felől a kisebbek felé? Mi lehet ennek az oka? c) Mi lehet az összefüggés a kapott adatok-, és a jobboldalon piros színnel feltüntetett energiaszintek között?

Házi feladat

Nézz utána, mit jelentenek az alábbi fogalmak! a) pályaenergia b) ionizációs energia