Big Bang HTL 4, Schulbuch

130 Thermodynamik und moderne Physik (IV. Jg., 8. Sem.) Info: CLIL Thirteen point six Abb. 14.4: a) Einige mögliche Übergänge zwischen den Energieniveaus bei Wasserstoff: Wo man den Nullpunkt der Energie annimmt, ist Geschmackssache. b) Nur die Balmer-Serie liegt im sichtbaren Bereich und erzeugt 4 Linien im Spektrum. Zeitlupenquantensprung Wenn man einen Quantensprung in Zeitlupe ansieht, (Abb. 14.3) dann merkt man, dass er eigentlich eher mit einer Schwingung vergleichbar ist als mit einem Sprung. Das Orbital eines Elektrons kann mit einer stehenden Wahr- scheinlichkeitswelle beschrieben werden (Kap. 13.3). Wenn das Elektron auf ein anderes Orbital übergeht, dann über- lagern sich diese beiden Wahrscheinlichkeitswellen. Das Ergebnis ist eine Schwingung mit der Differenz der Frequen- zen. In Abb. 14.3 siehst du den Übergang der Wahrschein- lichkeitswelle vom 2p- in den 1s-Zustand (wie in Abb. 14.2 c schematisch dargestellt). Quantensprünge erfolgen nicht in Nullzeit, sondern dauern etwa 10 –8 s. Die überlagerte Wahr- scheinlichkeitswelle schwingt mit jener Frequenz, die dann auch das Photon besitzt. Bei sichtbarem Licht liegt diese Frequenz in der Größenordnung von 10 14 bis 10 15 Hz. Der Übergang dauert einige Millionen Schwingungen lang! Abb. 14.3: Änderung der Aufenthaltswahrscheinlichkeit eines Elektrons, das vom angeregten Zustand 2p (a) wieder auf den Grundzustand 1s (f) „zurückschwingt“: Hier sind zwei Schwingungen dargestellt (b bis e). Tatsächlich dauert der Übergang einige Millionen Schwingungen lang. i Zusammenfassung Die Änderung des Energiezustandes eines Elektrons nennt man einen Quantensprung. „Springt“ das Elektron bezie- hungsweise schwingt das Orbital auf ein tieferes Niveau, dann wird die Energiedifferenz in Form eines Photons frei. Da ein freies Atom nur bestimmte Energieniveaus besitzt, kann es auch nur ganz bestimmte Frequenzen aussenden. 14.2 Verlorene Persönlichkeit Arten von Spektren Die Spektren von Gasen und von Festkörpern sind sehr un- terschiedlich. Wie und warum sie sich unterscheiden, hörst du in diesem Abschnitt. Das Licht eines dünnen Gases, zum Beispiel in einer Leucht- stoffröhre , zeigt beim Aufspalten ein Linienspektrum. Was passiert aber, wenn man das Licht eines leuchtenden Gas- balls wie der Sonne aufspaltet ( F4 )? Dann erhält man ein kontinuierliches Spektrum! Wie kann das sein? CLIL – Thirteen point six Under certain conditions an electron gets so much energy that it can be completely detached from the atom. This is the case, for example, with the photoeffect (see section 12.2). An ion is generated. Hence, the energy necessary for this is also called ionization energy . For the hydrogen, this is 2.2 · 10 –18 J – a very bulky number! In order to indicate very small energies, which often occur in quantum mechanics, one has therefore created the unit electronvolt (eV). This is the energy required to move an electron in the voltage field of one volt. The conversion is: 1 eV = 1.6 · 10 –19 J. The ionization energy of hydrogen is there- fore 13.6 eV, a much more easily manageable number. i Fig. 14.5: a) The electron of the hydrogen is in the 1s orbital, that is, in the ground state. b) The electron is detached from the atomic nucleus. This requires 2.2 · 10 –18 J and 13.6 eV, respectively. Z Leuchtende Gase erzeugen Linienspektren. Die Sonne ist ein leuchtender Gasball. Deshalb erzeugt sie ebenfalls ein Linienspektrum! Richtig oder falsch? Und wie ist das mit einer Glühlampe? Wie groß schätzt du den Druck im Inneren unserer Sonne im Vergleich mit dem normalen Luftdruck? F4 F5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv