Big Bang 7, Schulbuch

80 RG 7.2 G 7.2 Kompetenzbereich Atomphysik Formel: Energie-Differenz = Photonen-Energie ∆ E = E = h · f ∆ E … Differenz der Energieniveaus [J] E … Photonenenergie [J] h … Planck’sches Wirkungsquantum [Js] h = 6,63·10 –34 Js f … Frequenz des Lichts [s –1 ] Der Unterschied der Energieniveaus macht klar, warum Gase beim Leuchten nur ganz bestimmte Farben und nicht das ganze Spektrum aussenden: Jedes Atom ermöglicht sei- nen Elektronen nur ganz bestimme Quantensprünge ( F2 ). In Abb. 35.6 ist das am Beispiel des Wasserstoffs dargestellt. Ein Linienspektrum ist eine Art „Fingerabdruck“ eines Elements. Die Energie zwischen den Niveaus wird, wie fast immer in der Quantenmechanik, in Elektronvolt und nicht in Joule angegeben. Um zum Beispiel das Wasserstoff-Elektron vom Kern abzulösen, sind 13,6 eV notwendig. Info: Dreizehnkommasechs -> S. 79 Info: Unendliche Orbitalvielfalt -> S. 79 Abb. 35.6: a) Einige mögliche Übergänge zwischen den Energieniveaus bei Wasserstoff: Wo man den Nullpunkt der Energie annimmt, ist reine Geschmackssache. Deshalb gibt es links und rechts unter- schiedliche Skalen mit gleicher Aussagekraft. Die Besonderheit beim Wasserstoff ist die, dass nur die Hauptquantenzahl ( n ) eine Rolle für das Energieniveau spielt, nicht aber die Drehimpuls- quantenzahl ( F4 ). b) Nur die Balmer-Serie liegt im sichtbaren Bereich und erzeugt 4 Linien im Spektrum. 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 ganz bestimmte Energieniveaus besitzt, kann es auch nur ganz bestimmte Frequenzen aus- senden. Oft sind diese nicht im sichtbaren Bereich. F Z 35.2 Verlorene Persönlichkeit Arten von Spektren Die Spektren von Gasen und von Festkörpern sind sehr unterschiedlich. Wie und warum sie sich unterscheiden, hörst du in diesem Abschnitt. Das Licht eines dünnen Gases, zum Beispiel in einer Leuchtstoffröhre , zeigt beim Aufspalten ein Linienspektrum. Dieses ist quasi sein „Fingerabdruck“. Was passiert aber, wenn man das Licht eines leuchtenden Gasballs wie der Sonne oder eines beliebigen anderen Sterns aufspaltet ( F7 )? Dann erhält man ein kontinuierliches Spektrum! Wie kann das sein? Abb. 35.8: Schematische Darstellung der Orbitale von Gasatomen: a) Geringer Druck: Die Orbitale sind unbeeinflusst. b) Hoher Druck: Es kommt zu einer gegenseitigen Beeinflussung der Orbitale. Dadurch entstehen viele neue Energieniveaus, die ein kontinuier- liches Spektrum ermöglichen. Leuchtende Gase erzeugen Linienspektren. Die Sonne ist ein leuchtender Gasball. Deshalb erzeugt sie ebenfalls ein Linienspektrum! Richtig oder falsch? Wie ist es mit einem glühenden Stück Metall? Wie groß schätzt du den Druck im Inneren unserer Sonne im Vergleich mit dem normalen Luftdruck? Sterne haben verschiedene Farben (Abb. 35.7)! Aber wie kommt es dazu? Welcher Unterschied besteht zwischen einem blauen, roten oder gelben Stern? Man weiß seit rund 1860 , dass sich in der Atmosphäre der Sonne Gase wie Sauerstoff, Helium oder Natrium befinden. Woher weiß man das? F7 E1 F8 E1 F9 E1 Abb. 35.7: Das Sternbild Skorpion im Teleskop: Mit freiem Auge scheinen die Sterne meistens nur weiß, weil bei den gerin- gen Lichtstärken nur die schwarzweiß empfindlichen Zellen gereizt werden. F10 E1 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv