Номер 853, страница 246 - гдз по физике 11 класс сборник задач Дорофейчик, Силенков

853. На рисунке 211 представлены спектры излучения атомов бария, стронция, кальция, гелия, а также спектр излучения смеси атомов. Определите: а) какие из перечисленных атомов присутствуют в смеси; б) можно ли утверждать, что в смеси присутствуют другие атомы.

Барий

Стронций

Кальций

Гелий

Смесь

450 500 550 600 650

Длина волны, нм

Рис. 211

$E_n, \text{ эВ}$

$n = \infty \quad 0$

$n = 5 \quad -0,54$

$n = 4 \quad -0,85$

$n = 3 \quad -1,51$

$n = 2 \quad -3,40$

$n = 1 \quad -13,6$

Рис. 212

Примечание. Энергетическая диаграмма стационарных состояний атома водорода (рис. 212): 1 и 2 – переходы атома при поглощении энергии; 3 и 4 – переходы атома при излучении энергии.

а) Для того чтобы определить, какие из перечисленных атомов присутствуют в смеси, необходимо провести спектральный анализ. Суть анализа заключается в сравнении линейчатого спектра излучения смеси со спектрами излучения каждого из известных химических элементов. Если все спектральные линии, характерные для какого-либо элемента, обнаруживаются в спектре смеси, то данный элемент присутствует в её составе.

Проанализируем спектры:

1. Барий: Все характерные линии бария (например, вблизи 455 нм, 493 нм, 553 нм, 614 нм, 650 нм) присутствуют в спектре смеси. Следовательно, барий есть в смеси.

2. Стронций: В спектре стронция есть несколько характерных линий. Например, линия около 461 нм есть в спектре смеси. Однако яркая линия стронция в районе 606 нм отсутствует в спектре смеси. Так как не все линии спектра стронция есть в спектре смеси, можно сделать вывод, что стронций в смеси отсутствует.

3. Кальций: Все основные линии и группы линий, видимые в спектре кальция (например, группа линий в начале спектра около 420-430 нм, а также линии около 445 нм, 527 нм, 559 нм и группа линий около 612-616 нм и 645 нм), присутствуют в спектре смеси. Следовательно, кальций есть в смеси.

4. Гелий: Все характерные линии гелия (например, около 447 нм, 471 нм, 492 нм, 501 нм, 587 нм и 668 нм) также можно найти в спектре смеси. Следовательно, гелий есть в смеси.

Ответ: в смеси присутствуют атомы бария, кальция и гелия.

б) Для ответа на этот вопрос нужно проверить, существуют ли в спектре смеси линии, которые не принадлежат ни барию, ни кальцию, ни гелию. Если бы такие линии нашлись, это указывало бы на присутствие других элементов.

Визуальное сравнение показывает, что спектр смеси является результатом наложения (суперпозиции) спектров бария, кальция и гелия. Каждая спектральная линия в спектре смеси находит свое соответствие в спектрах одного из этих трёх элементов. "Лишних" линий, которые нельзя было бы отнести к барию, кальцию или гелию, в спектре смеси не наблюдается. Поэтому, основываясь на представленных данных, нет оснований утверждать о наличии в смеси других атомов.

Ответ: нет, утверждать, что в смеси присутствуют другие атомы, нельзя, так как все наблюдаемые линии в спектре смеси соответствуют линиям излучения бария, кальция и гелия.