Строение атома и свет: учебное руководство

Главные идеи

Атом состоит из маленького ядра из протонов и нейтронов, окружённого электронами в оболочках и орбиталях. Свет испускается или поглощается, когда электроны переходят между уровнями энергии.

• Атомный номер Z — число протонов. Массовое число A — сумма протонов и нейтронов, поэтому нейтронов = A − Z.
• Электроны заполняют оболочки вместимостью 2n², разделённые на подоболочки s, p, d и f, вмещающие 2, 6, 10 и 14 электронов.
• Для света c = λν, а энергия фотона E = hν. Линия водорода возникает при переходе n₂ → n₁: 1 ÷ λ = R(1 ÷ n₁² − 1 ÷ n₂²), R = 1,097 × 10⁷ м⁻¹.
• Чем короче длина волны, тем выше частота и энергия фотона.

Основные формулы

• c = λν
• E = hν = hc ÷ λ
• 1 ÷ λ = R(1 ÷ n₁² − 1 ÷ n₂²)
• neutrons = A − Z
• electrons in shell n: 2n²

Разобранный пример

Красная линия Бальмера водорода — переход n = 3 → 2. 1 ÷ λ = 1,097 × 10⁷ × (1 ÷ 4 − 1 ÷ 9) = 1,52 × 10⁶ м⁻¹, поэтому λ = 656 нм. Частота 3,00 × 10⁸ ÷ 656 × 10⁻⁹ = 4,57 × 10¹⁴ Гц, энергия фотона 1240 ÷ 656 = 1,89 эВ. Ещё пример: в уране-235 нейтронов 235 − 92 = 143.

Частые ошибки

• Путаница массового числа с атомной массой в таблице Менделеева, которая является средней по изотопам.
• Смешивание нанометров и метров в формуле Ридберга.
• Мнение, что больший переход между уровнями даёт большую длину волны. Он даёт меньшую.

Практика

Проверьте себя на тренировочных вопросах по этой теме: Строение атома и свет