طیف نشری خطی

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
amineamini

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۹/۱۸ - ۱۴:۱۹


پست: 11



جنسیت:

طیف نشری خطی

پست توسط amineamini »

چرا زمانی که مدار داشته باشیم باید به ازای هر الکترون 4 خط در طیف نشری خطی ببینیم؟

نمایه کاربر
rohamjpl

نام: roham hesami

محل اقامت: Tehran -Qeytariyeh, Ketabi Street, 8 meters from Saba

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 630

سپاس: 392

جنسیت:

تماس:

Re: طیف نشری خطی

پست توسط rohamjpl »

اگر هیدروژن فقط یک الکترون دارد ، چرا طیف انتشار هیدروژن دارای چهار خط است؟
تصویر
انرژی الکترون یک اتم هیدروژن را می توان با فرمول زیر محاسبه کرد ، جایی که n عدد اصلی کوانتومی است ، واحد E eV است
اعداد روی خطوط طیف های انتشار ، طول موج هستند. در یک موج طول موج و فرکانس با معادله مرتبط هستند
سرعت = طول موج فرکانس x. از سرعت نور به عنوان c یاد می شود ، بنابراین از آن استفاده می شود. موقعیت خطوط بستگی به انرژی آزاد شده توسط الکترونهایی دارد که از سطح انرژی بالاتر و پایین می آیند. (پاسخ دیگر نمودار اتمی را نشان می دهد که دارای سطوح انرژی با عنوان n1 ، n2 و غیره است. ما می توانیم مقدار انرژی آزاد شده را با استفاده از معادله محاسبه کنیم
E = hv = انرژی ، h = ثابت پلانک و v = فرکانس
بنابراین با دانستن طول موج خط روی طیف ، می توانید انرژی را محاسبه کنید.
در یک طیف انتشار می توان به هر سطح انرژی پرش کرد ، (تا زمانی که پر نباشد) ، آنها هنگام انجام این کار یک کوانتوم انرژی ساطع می کنند. آنها معمولاً سعی می کنند به کمترین حالت انرژی که می توانند برسند.
در شرایط عادی ، اکثر اتمهای هیدروژن در حالت اساسی قرار دارند (n = 1) ، اگرچه قسمتهای کوچکی از کل سطح انرژی بیشتری را اشغال می کنند (n> 1). هنگام فعال شدن ، اتم هیدروژن انرژی کافی را برای انتقال از سطح بالا جذب می کند ، به عنوان مثال از n = 1 به n = 3. اما سطح بالاتری برای اتم هیدروژن پایدار نیست ، بنابراین به سرعت به سطح انرژی پایین تر می رود و در نتیجه فوتون منتشر می کند و طیف هیدروژن تشکیل می دهد.
بنابراین در واقع خطوط طیف زیادی وجود خواهد داشت و هر یک اختلاف سطح انرژی خاصی را اعلام می کنند.
چهار خط پرسش مخفف چهار نوع انتقال الکترون است که همه در محدوده نور مرئی هستند:
1) n = 3 تا n = 2 (قرمز)
2) n = 4 تا n = 2 ؛ (سبز)
3) n = 5 تا n = 2 ؛ (آبی)
4) n = 6 تا n = 2. (بنفش)
طیف اتمی مربوط به سطح انرژی الکترون است اما تعداد الکترون نیست.
با پایین آمدن الکترونها از سطوح بالاتر به سطوح پایین ، آنها فوتون آزاد می کنند. "سقوط" های مختلف باعث ایجاد نورهای مختلف می شود. یک انتقال بزرگتر ، انرژی بالاتر (طول موج کوتاه) را آزاد می کند ، در حالی که انتقال کوچکتر ، انرژی کمتری را (طول موج طولانی تر) آزاد می کند.
طول موج های قابل مشاهده توسط یک الکترون منفرد ایجاد می شود که در انتقالهای مختلف نشان داده شده است. حتی انتقال های بیشتری نیز وجود دارد که طول موج نامرئی را آزاد می کند.
Wavelength Transition Color
(nm)
---------------------------------------------
383.5384 9 -> 2 Ultra Violet
388.9049 8 -> 2 Ultra Violet
397.0072 7 -> 2 Ultra Violet
410.174 6 -> 2 Violet
434.047 5 -> 2 Violet
486.133 4 -> 2 Bluegreen (cyan)
656.272 3 -> 2 Red
656.2852 3 -> 2 Red
(چرا دو انتقال مختلف 3> 2 وجود دارد؟ اینجا را ببینید: ساختار خوب هیدروژن )
اگرچه یک اتم هیدروژن فقط یک الکترون دارد ، اما حاوی تعداد زیادی پوسته است ، بنابراین وقتی این الکترون منفرد از یک پوسته به لایه دیگر می پرد ، یک فوتون ساطع می شود و اختلاف انرژی پوسته ها باعث می شود که طول موج های مختلف آزاد شود ... از این رو ، هیدروژن تک الکترونیکی دارای خطوط طیفی زیادی است.
اگرچه هیدروژن فقط یک الکترون دارد ، اما حاوی سطح انرژی بسیاری است. هنگامی که الکترون آن از سطح انرژی بالاتر به پایین تر می پرد ، یک فوتون آزاد می کند. آن فوتون ها به دلیل سطوح مختلف باعث ایجاد نورهای مختلف در طول موج های مختلف می شوند. آن فوتون ها به صورت خط ظاهر می شوند. به همین دلیل ، گرچه هیدروژن فقط یک الکترون دارد ، اما بیش از یک خط انتشار در طیف آن مشاهده می شود.
این امر به دلیل انتقال الکترون بین سطوح مختلف انرژی در یک اتم بوجود می آید. الکترون ها از حالت انرژی بالاتر به حالت انرژی پایین تر می افتند یا برعکس طول موج هایی با اندازه های مختلف ساطع یا جذب می کنند که مستقیماً روی طیف هیدروژن می افتند و در نتیجه رنگ هایی با طول موج های مختلف آزاد می کنند و یک طیف مداوم ایجاد می کنند.
هنگامی که یک الکترون در حالت انرژی بالاتر به حالت انرژی پایین تری در مدل بور اتم هیدروژن می پرد ، فوتونی منتشر می کند که دارای انرژی برابر با اختلاف انرژی بین حالت های انرژی نهایی و اولیه است.
$h\nu = E_f - E_i $
جایی که ν = فرکانس فوتون ساطع شده
اکنون آنچه من می دانم هر فوتون ساطع شده مربوط به یک خط انتشار در طیف است.

بنابراین ، یک الکترون می تواند از حالت انرژی بالاتر به هر حالت انرژی پایین تر ، انتقال یابد ، به شرطی که فوتونی را که با معادله فوق داده می شود ، ساطع کند. در سوال داده شده ، اگر الکترون در حالت انرژی بالاتر باشد ، حداکثر تعداد خطوط طیفی زمانی است که الکترون به پایین ترین حالت انرژی بعدی می پرد و به همین ترتیب در آن صورت فوتون ها در هر انتقال ساطع می شوند.
اگر الکترون از آن حرکت کند n = 6 به 5ما یک خط طیفی بدست می آوریم. سپس ازn = 5 به 4 ما یکی دریافت می کنیم و غیره حداکثر به ما می دهد 5خطوط طیفی. حال اگر الکترون انتقال مستقیم از خود را انجام دادn = 6 به n = 4 یا هر حالت انرژی کمتری دیگر کمتر از آن خواهیم بود 5 خطوط طیفی.
با این حال ، 15. چگونه می تواند تولید کند15خطوط طیفی؟ هنگامی که یک الکترون ازn = 6 پرشهایی که دارد 5 گزینه ها و مثال پرش به n = 3 پس فقط دو گزینه دارد n = 2 یا n = 1. نمی تواند به عقب برگرددn = 6مگر اینکه انرژی تأمین شود و انرژی را جذب کند. بنابراین چگونه می توان بیش از 5 خط را در طیف انتشار مشاهده کرد؟
من اینطور ارائه دهم شما باید تمام احتمالات "پرش" الکترون را از حالت انرژی برانگیخته n به حالت زمین n = 1 در نظر بگیرید. الکترون برای همیشه در هیچ یک از سطوح با n> 1 گیر نمی کند.
علاوه بر این ، طیف ها ویژگی یک اتم برانگیخته منفرد نیستند بلکه مجموعه ای از اتم های هیدروژن هیجان زده بسیار زیاد هستند. در بعضی از اتم ها الکترون مستقیماً از n = 6 به n = 1 می پردند ، در حالی که در بعضی دیگر الکترون ها تحت یک آبشار از مراحل کوانتیزه از دست دادن انرژی قرار می گیرند ، مثلاً 6 → 5 → 1 یا 6 → 4 → 2 → 1. هدف دستیابی به حالت کم انرژی است ، اما تعداد محدودی از راه های N برای انجام این کار وجود دارد.
$ $Ni − 1 است (سعی کنید نقاط رنگی را بشمارید). برای تعیین N ، باید حالت ها را جمع کنید ،
$ N = \sum_{i = 1}^{n}(n_i - 1) = n - 1 + n - 2 + \ldots + 1 + 0 = \frac{n(n-1)}{2}$
برای n = 6:
$ N = \frac{6(6-1)}{2} = 15$
بدیهی است که با گرفتن مستقیم مجموع ، همین نتیجه حاصل می شود.
بیایید از منظر مدل بور به اتم هیدروژن نگاه کنیم . فرض کنید پرتوی از نور سفید (که از فوتونهای تمام طول موجهای مرئی تشکیل شده است) از طریق گاز هیدروژن اتمی می درخشد. یک فوتون با طول موج 656 نانومتر دقیقاً انرژی مناسبی برای بالا بردن الکترون در یک اتم هیدروژن از مدار دوم به مدار سوم دارد. بنابراین ، هنگامی که تمام فوتونهای انرژیهای مختلف (یا طول موجها یا رنگها) توسط اتمهای هیدروژن جریان دارند ، فوتونهایی با این طول موج خاص می توانند توسط آن اتمهایی که الکترونهای آنها در سطح دوم در مدار هستند ، جذب شوند. هنگامی که آنها جذب می شوند ، الکترونهای سطح دوم به سطح سوم منتقل می شوند و تعدادی از فوتونهای این طول موج و انرژی از جریان عمومی نور سفید از بین می روند.
فوتون های دیگر انرژی مناسبی برای بالا بردن الکترون از مدار دوم به مدار چهارم یا از مدار اول به مدار پنجم و غیره خواهند داشت. فقط فوتونهایی با این انرژیهای دقیق قابل جذب هستند. همه فوتون های دیگر دست نخورده از کنار اتم ها عبور خواهند کرد. بنابراین ، اتم های هیدروژن فقط در طول موج های خاصی نور را جذب می کنند و در آن طول موج های طیف که می بینیم ، خطوط تیره تولید می کنند.
بیایید از منظر مدل بور به اتم هیدروژن نگاه کنیم . فرض کنید پرتوی از نور سفید (که از فوتونهای تمام طول موجهای مرئی تشکیل شده است) از طریق گاز هیدروژن اتمی می درخشد. یک فوتون با طول موج 656 نانومتر دقیقاً انرژی مناسبی برای بالا بردن الکترون در یک اتم هیدروژن از مدار دوم به مدار سوم دارد. بنابراین ، هنگامی که تمام فوتونهای انرژیهای مختلف (یا طول موجها یا رنگها) توسط اتمهای هیدروژن جریان دارند ، فوتونهایی با این طول موج خاص می توانند توسط آن اتمهایی که الکترونهای آنها در سطح دوم در مدار هستند ، جذب شوند. هنگامی که آنها جذب می شوند ، الکترونهای سطح دوم به سطح سوم منتقل می شوند و تعدادی از فوتونهای این طول موج و انرژی از جریان عمومی نور سفید از بین می روند.
فوتون های دیگر انرژی مناسبی برای بالا بردن الکترون از مدار دوم به مدار چهارم یا از مدار اول به مدار پنجم و غیره خواهند داشت. فقط فوتونهایی با این انرژیهای دقیق قابل جذب هستند. همه فوتون های دیگر دست نخورده از کنار اتم ها عبور خواهند کرد. بنابراین ، اتم های هیدروژن فقط در طول موج های خاصی نور را جذب می کنند و در آن طول موج های طیف که می بینیم ، خطوط تیره تولید می کنند.
مدل بور هیدروژن. این شکل پنج مدار الکترون را در اطراف هسته هیدروژن نشان می دهد (نشان داده نمی شود). در مرکز یک دایره کوچک با برچسب n = 1 وجود دارد ، سپس یک دایره بزرگتر دیگر برای n = 2 ، سپس n = 3 ، n = 4 و در آخر بزرگترین دایره n = 5 وجود دارد. یک پیکان از n = 4 شروع می شود که مستقیماً به سمت پایین = n می رود و نشان دهنده یک خط طیفی بنفش است. یک پیکان از n = 3 به n = 1 می رسد که نشان دهنده یک خط طیفی سبز-آبی است و در آخر یک پیکان از n = 2 به n = 1 می رسد که یک خط طیفی قرمز را نشان می دهد. از n = 5 پیکان وجود ندارد.
شکل 1: مدل بور برای هیدروژن. در این مدل ساده از یک اتم هیدروژن ، دایره های هم مرکز نشان داده شده نشان دهنده مدارهای مجاز یا سطح انرژی است. الکترون موجود در اتم هیدروژن فقط در یکی از این سطح انرژی (یا حالت ها) می تواند وجود داشته باشد. هرچه الکترون به هسته نزدیکتر باشد ، الکترون محکم تر به هسته می شود. با جذب انرژی ، الکترون می تواند به سطوح انرژی دورتر از هسته (و حتی در صورت جذب انرژی کافی فرار کند) حرکت کند.
فرض کنید ما یک ظرف گاز هیدروژن داریم که یک سری کامل فوتون از آن عبور می کند و باعث می شود بسیاری از الکترون ها به سطوح بالاتر بروند. وقتی منبع نور را خاموش می کنیم ، این الکترونها از مدارهای بزرگتر به کوچکتر می افتند و فوتونهایی از نور ساطع می کنند - اما باز هم فقط نور آن انرژی ها یا طول موج ها که با اختلاف انرژی بین مدارهای مجاز مطابقت دارند. تغییرات مداری الکترونهای هیدروژن که باعث ایجاد برخی خطوط طیفی می شود ، در شکل 1 نشان داده شده است.
برای اتمهای دیگر غیر از هیدروژن می توان تصاویر مشابهی ترسیم کرد. با این حال ، از آنجا که این اتم های دیگر به طور معمول هر کدام بیش از یک الکترون دارند ، مدار الکترون های آنها بسیار پیچیده تر است و طیف ها نیز پیچیده ترند. برای اهداف ما ، نتیجه اصلی این است: هر نوع اتم الگوی منحصر به فرد خود از مدارهای الکترونی را دارد و هیچ دو مجموعه ای از مدارها دقیقاً شبیه هم نیستند . این بدان معناست که هر نوع اتم مجموعه منحصر به فرد خود از خطوط طیفی را نشان می دهد ، تولید شده توسط الکترونهایی که بین مجموعه منحصر به فرد خود حرکت می کنند.
سطح انرژی و تحریک
مدل بور از اتم هیدروژن گامی بزرگ در جهت درک ما از اتم بود. با این حال ، امروز می دانیم که نمی توان اتم ها را با تصویری کاملاً ساده نشان داد. به عنوان مثال ، مفهوم مدارهای الکترونی که کاملاً مشخص شده اند ، درست نیست. با این حال ، در سطح این دوره مقدماتی ، این تصور که فقط انرژی های گسسته خاصی برای یک اتم مجاز هستند ، بسیار مفید است. می توان تصور کرد که سطح انرژی مورد بحث ما نمایانگر مسافت متوسط ​​معینی از مدارهای الکترون از هسته اتمی است.
به طور معمول ، یک اتم در کمترین انرژی ممکن ، یعنی حالت زمینی خود قرار دارد . در مدل بور از اتم هیدروژن ، حالت زمین با الکترون موجود در مدار داخلی مطابقت دارد. یک اتم می تواند انرژی را جذب کند ، و آن را به سطح انرژی بالاتر می رساند (در عکس ساده بور ، مربوط به حرکت الکترون به مدار بزرگتر است) - از این به عنوان تحریک یاد می شود . سپس گفته می شود که اتم در یک حالت هیجان زده قرار دارد. به طور کلی ، یک اتم فقط برای مدت کوتاهی هیجان زده باقی می ماند. پس از یک بازه کوتاه ، به طور معمول یک صدمیمین ثانیه یا تقریباً ، با انتشار همزمان نور ، خود به خود به حالت پایه خود برمی گردد. اتم ممکن است در یک پرش به کمترین حالت خود برگردد ، یا ممکن است در مراحل دو یا چند پرش انتقال یابد و در مسیرهای پایین در سطوح متوسط ​​متوقف شود. با هر پرش ، فوتونی از طول موج منتشر می کند که مربوط به اختلاف انرژی بین سطوح ابتدای و انتهای آن پرش است.
تصویر

ارسال پست