Widmo emisyjne wodoru — foton z przeskoku

Co się właśnie stało?

Elektron w atomie wodoru może przebywać tylko na dozwolonych powłokach (poziomach energetycznych). Gdy spada z wyższej powłoki na niższą, traci energię — a ten nadmiar wypromieniowuje jako foton. Różne przeskoki dają fotony o różnej energii, czyli różne linie w widmie.

Poziomy energetyczne wodoru:

— im wyższe $n$, tym mniej ujemna (wyższa) energia i tym ciaśniej upakowane poziomy. $n$ — numer powłoki.

Energia i barwa fotonu:

Większa różnica poziomów → foton o większej energii i krótszej fali (przesunięcie ku fioletowi). Przejścia na $n_k = 2$ (seria Balmera) dają linie w zakresie widzialnym — to kolorowe prążki widma wodoru.

Emisja czy absorpcja?

W dół ($n_k < n_p$) — atom emituje foton. W górę ($n_k > n_p$) — atom musi pochłonąć foton o dokładnie takiej energii, żeby elektron przeskoczył wyżej. Energia przejścia jest ta sama, zmienia się tylko kierunek.

Po co Ci to na maturze:

Wzory $E_n = -13{,}6/n^2$ oraz $E_\text{foton} = |E_k - E_p|$ rozwiązują zadania o widmie wodoru, seriach widmowych i kwantowaniu energii. Chwyt: policz energie obu poziomów, weź ich różnicę — to energia fotonu, a $\lambda = 1240/E$ daje długość fali.

Zapamiętaj: elektron spadający na niższą powłokę emituje foton o energii równej różnicy poziomów — dlatego widmo wodoru to zestaw ostrych, kolorowych linii, a nie ciągła tęcza.