dział XXVIII

XXIV
Atomy i widma
Rozmiary atomu i jądra, budowa atomu według Bohra, promieniowanie atomu,
widma ciągłe i liniowe, widmo promieniowania rentgenowskiego, spektroskopia
optyczna, kwantowa i falowa teoria atomu
W poniższych zadaniach prawdziwa jest tylko jedna odpowiedź.
1. Jedno ze stwierdzeń dotyczące budowy atomu i jądra, nie jest całkowicie prawdziwe:
a) najprostszą budowę ma atom wodoru
b) atom znaczy „niepodzielny” dlatego, że atomu nie da się podzielić na mniejsze
elementy
c) model atomu Bohra mimo, że niezbyt poprawny, wyjaśnił mechanizm
promieniowania emitowanego i absorbowanego przez atom
d) oparty o teorię Bohra wzór Balmera pozwala dość dokładnie wyliczyć długość
fali linii w widmie wodoru
e) Schrödinger opracował teorię falową atomu wg której elektron na orbicie
traktowany jest jako fala stojąca
2. Stosunek promienia jądra wodoru do promienia pierwszej orbity atomu Bohra wynosi
około:
a) 1 : 500
b) 1 : 20
c) 1 : 2000
d) 1 : 1200
e) 1 : 50000
3. Promienie kolejnych orbit w modelu atomu wodoru Bohra mają się do siebie jak:
a) jak kolejne naturalne liczby nieparzyste czyli 1:5:7:11 itd.
b) jak kwadraty kolejnych liczb nieparzystych czyli 1:9 : 25 : 49 itd.
c) jak kwadraty kolejnych liczb naturalnych czyli 1: 4 : 9 : 1`6 itd.
d) jak kwadraty kolejnych liczb parzystych czyli 4 : 16 : 36 : 64 itd.
e) Jak kolejne liczby naturalne czyli 1 : 2 : 3 : 4 itd
4. Moment pędu elektronu na dowolnej orbicie (poziomie) zgodnie z teorią Bohra jest:
a) równy stałej Plancka
b) równy stosunkowi energii elektronu na tej orbicie i prędkość światła w próżni
c) zmienny i zależny od czasu przebywania elektronu na tej orbicie
d) jest skwantowany równy iloczynowi głównej liczby kwantowej orbity i
magnetonu Bohra
e) jest ściśle określony, czyli skwantowany i równy iloczynowi głównej liczby
kwantowej orbity i ℏ ( h kreślonego)
5. Nie jest prawdą, że w atomie wodoru Bohra:
a) elektron poruszający się po dowolnej orbicie nie emituje i nie absorbuje energii
b) przejściu elektronu z jednej orbity na drugą towarzyszy emisja lub absorpcja
kwantu promieniowania
c) przejście elektronu z drugiej orbity na pierwszą jest związane z powstaniem
pierwszej linii serii Balmera
d) zaabsorbowanie przez atom energii większej od całkowitej energii na poziomie
podstawowym, spowoduje jonizację tego atomu
e) bezwzględna wartość energii potencjalnej na danym poziomie jest dwukrotnie
większa od energii kinetycznej
6. Siłą dośrodkową utrzymującą elektron na orbicie w atomie wodoru (wg Bohra) jest siła
Coulomba. Jej wartość, gdy elektron jest w stanie podstawowym wynosi w przybliżeniu:
a) 0,2 N
b) 810-8 N
c) 1,810-18 N
d) 4,510-30 N
e) 2,110-46 N
7. Energia wiązania atomu wodoru (energia jaka należy dostarczyć aby rozłożyć układ w
sposób trwały na pojedyncze elementy), wzbudzonym do stanu n=2 wynosi około:
a) 13,6 eV
b) 1,6 eV
c) 3,6 eV
d) –1,56 eV
e) -0,85 eV
8. Energia atomu wodoru w stanie
0
n=4
podstawowym E1 = -13,6 eV. W
n=3
wyniku zaabsorbowania fotonu
-2
atom wodoru został wzbudzony do
n=2
poziomu n = 4. Potrzebna do
wzbudzenia energia fotonu i
-4
odpowiadająca mu długość fali
wynoszą:
-6
a) 12,75 eV i 9,810-8 m
b) 12,75 J i 0,810-7 m
c) 0,35 eV i 6,710-10 m
-8
d) 2,15 eV i 3,210--6 m
e) 2,65 eV i 9,810-5 m
-10
9. W wyniku ponownego przejścia
atomu do poziomu podstawowego
mogą zostać wyemitowane linie
-12
widmowe:
a) 2 linie serii Lymana, 2
n=1
poziom podstawowy
linie serii Balmera i 2 linie
-14
serii Paschena
b) 1 linia serii Lymana, 2
E [eV)
linie serii Balmera i 3 linie
serii Paschena
c) 3 linie serii Lymana, 2 linie serii Balmera i jedna linia serii Paschena
d) 1 linia serii Lymana, 1 linia serii Balmera i jedna linia serii Paschena
e) 3 linie serii Lymana i jedna linia serii Balmera
10. Linia o najmniejszej długości fali wyemitowana podczas przejścia z poziomu 4 na
pierwszy (wg danych z poprzedniego zadania) to linia:
a) linia serii Balmera o długości 0,64 m
b) linia serii Paschena o długości 1,52 m
c) linia serii Bracketta o długości 4,81 m
d) linia serii Lymana o długości 8,32 m
e) linia serii Lymana o długości 0,98 nm
11. Jedno z poniższych stwierdzeń na temat spektroskopii optycznej nie jest słuszne:
a) w spektroskopie optycznym badane widmo można uzyskać przy użyciu pryzmatu
lub siatki dyfrakcyjnej
b) analiza widmowa próbki księżycowego gruntu pozwoliła dokładnie określić jego
skład ilościowy i jakościowy
c) spektroskop połączony z teleskopem zwierciadlanym lub soczewkowym
wykorzystuje się w astronomii do określania temperatury gwiazd
d) spektroskop optyczny pozwala na rozdzielanie izotopów pierwiastków
emitujących promieniowanie
e) spektroskopowe badanie widma odległych obiektów np. galaktyk pozwala
stwierdzić ich odległość
12. Długość fali fotonów promieniowania, mogących spowodować jonizację atomu musi
mieć wartość:
a) mniejszą niż 0,2 m (nadfiolet)
b) większą niż 0,42 m (widzialne)
c) mniejszą niż 54 m (podczerwień)
d) większą niż 92 nm (nadfiolet)
e) mniejszą niż 92 nm (nadfiolet)
13. Elektrony posiadające pewną prędkość uderzając w atom wodoru mogą spowodować jego
wzbudzenie lub nawet jonizację. Jakim napięciem należy przyspieszyć elektrony w polu
elektrycznym aby spowodowały wzbudzenie atomów wodoru ze stanu podstawowego do stanu
do stanu n = 4:
a) 1200 V
b) 12,75 V
c) 32820 V
d) 135,6V
e) 23080 V
14. Początkowo spoczywający jon wodoru zaczyna poruszać się w polu elektrycznym o natężeniu
104 V/m. Następnie zderza się z atomem wodoru powodując jego jonizację. Jon wodoru musi
rozpędzać się na drodze:
a) 2,510-8 m
b) 9,810-2 m
c) 8,510-5 m
d) 1,3610-3 m
e) 3,810-1 m
15. Długość fali linii widmowych można obliczyć ze
wzoru Balmera, który jest podany obok.
1
1 
 1
 R 2  2 
Obliczone na podstawie tego wzoru długość fali,

m 
n
pierwszej linii Balmera oraz granica serii
gdzie:
Balmera (m  ), wynoszą w przybliżeniu:
R 1,1107 m-1 (stała Rydberga)
a) 0,66 m i 0,36 m
n – numer orbity o mniejszym
b) 0,76 nm i 0,96 nm
numerze
c) 6,6 m i 3,6 m
m - numer orbity o większym
d) 0,36 m i 0,96 m
numerze
e) 0,16 m i 0,36 m
16. W lampie rentgenowskiej zastosowano napięcie 1000V. Graniczna długość fali w
widmie ciągłym tej lampy wynosi:
a) 2,46 m
b) 2,3 nm
c) 0,12 10-10 m
d) 1,24 10-10 m
e) 0,86 nm
*
17. Widmo charakterystyczne (liniowe) rentgenowskie powstaje analogicznie jak widmo
wodoru w wyniku przejścia elektronów z poziomu wyższego na niższy (np. z drugiego
na pierwszy). Wzór na długość fali w widmie
liniowym X jest analogiczny jak wzór Balmera.
1
1 
 1
 RZ 2  2  2 
Obok podano taki uproszczony wzór. Różnica

m 
n
polega na tym, że anoda lampy zbudowana jest
gdzie:
z pierwiastka o większej liczbie porządkowej Z
R 1,1107 m-1 (stała Rydberga)
(dla wodoru Z=1). Anoda lampy
n – numer orbity o mniejszym numerze
65
rentgenowskiej wykonana jest z cynku 30 Zn ,
m - numer orbity o większym numerze
więc Z = 30. Długość fali dla pierwszej linii
Z – liczba porządkowa pierwiastka
serii K wynosi około(n = 1, m = 2):
emitującego promieniowanie X
a) 8,710-10 m
b) 5,210-11 m
c) 2,210-10 m
d) 6,110-8 m
e) 0,210-10 m
18. Kwantowa teoria budowy atomu do określenia elektronu w atomie posługuje się 4
liczbami kwantowymi (główną, poboczną, magnetyczną, spinową) i zgodnie z tą teorią
nie jest prawdziwe stwierdzenie, że:
a) nie może być dwóch elektronów w atomie posiadających takie same liczby
kwantowe
b) liczba elektronów odpowiadająca głównej liczbie kwantowej n może wynosić
najwyżej 2n2
c) spinowa liczba kwantowa może przyjmować tylko jedną wartość ½
d) poboczna liczba kwantowa może dla danego n przyjmować wartości od 0 do n-1
e) magnetyczna liczba kwantowa dla n=2 może przyjmować 4 wartości: 0 , –1, 0
oraz +1
Ważniejsze dane liczbowe na temat liczby stanów elektronów w atomie
wartość n
1
2
3
4
5
6
7
nazwa powłoki
K
L
M
N
O
P
Q
2
8
18
32
50
72
98
liczba stanów kwant 2  n 2
wartość l
symbol pod-powłoki
liczba stanów kwant. 4l+2
0
s
2
1
p
6
2
d
10
3
f
14
4
g
18
5
h
22
19. Nie jest również prawdziwe jedno z poniższych stwierdzeń na temat liczb kwantowych:
a) główna liczba kwantowa n określa energię elektronu, która daje się obliczyć ze
b
wzoru E n   2 , gdzie n =1, 2, 3 …
n
b) orbitalna (poboczna) liczba kwantowa l, określa orbitalny moment pędu
h
l (l  1)
elektronu, który można wyliczyć ze wzoru L 
2
c) magnetyczna liczba kwantowa m, określa orbitalny moment magnetyczny
elektronu
d) spinowa liczba kwantowa s, określa moment magnetyczny spinowy elektronu, dla
diamagnetyków np. moment spinowy każdego elektronu wynosi 0
e) całkowity moment magnetyczny elektronu jest sumą wektorową jego momentu
orbitalnego i spinowego, a moment magnetyczny atomu jest sumą momentów
magnetycznych elektronów
20. Konfigurację elektronów w atomie rozpisaną jako 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2 można przypisać
pierwiastkowi:
a) 2040Ca
b)
80
35
Br
c)
27
13
Al
d)
65
30
Zn
52
24
e)
Cr
21. Na temat światła laserowego nie jest prawdziwe jedno z poniższych stwierdzeń:
a) impuls światła laserowego niesie małą energię, gdyż wiązka ma mały przekrój
poprzeczny (jest prawie dokładnie równoległa, mało rozbieżna)
b) światło laserowe jest spójne (jeden ciąg falowy)
c) podstawę działania laserów odkrył A. Einstein przewidując możliwość powstania
zjawisk inwersji obsadzeń i emisji wymuszonej
d) laser był wykorzystywany do pomiaru odległości Ziemia- Księżyc
e) w napędach komputerowych CD wykorzystuje się laser do „wypalania” ścieżek
podczas cyfrowego zapisu danych
22. Laser helowo – neonowy emituje światło o długości fali 632,8 nm. Moc lasera wynosi 2mW.
Liczba fotonów, którą ten laser wysyła w ciągu jednej sekundy wynosi:
a) 1,71023 s-1
b) 5,41019 s-1
c) 8,71030 s-1
d) 3,710-10 s-1
e) 6,41015 s-1
23. Zgodnie z falową teorią budowy atomu elektron na
promień orbity w atomie wodoru:
orbicie można traktować jako falę stojącą. Ilość
rn = an2
długości fal jaka odłoży się na obwodzie danej orbity,
równa jest numerowi orbity czyli liczbie kwantowej n.
a = 0,5310-10 m
Na tej podstawie można obliczyć długość fali
elektronu znajdującego się na 3 orbicie, czyli w stanie
kwantowym n = 3 i wynosi ona około:
a) 6,6610-10 m
b) 2,3410-12 m
c) 4,410-6 m
d) 8,3710-11 m
e) 2,3410-8 m