Mục lục bài họcĐang ở d03-b4
Spectroscopy and the Photoelectric Effect
Photon energy and the electromagnetic spectrum
Light carries energy in packets. For one photon:
$$E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}$$Energy is inversely proportional to wavelength: short wavelength means high energy. Each region of the spectrum excites a different kind of motion, and AP asks you to match them:
- Microwave — molecular rotation (lowest energy).
- Infrared — bond vibration; this is why IR identifies functional groups.
- Ultraviolet–visible — valence electron transitions; this is the range a coloured solution absorbs.
- X-ray — core electron transitions (highest energy of the four).
The photoelectric effect
A photon can eject an electron from a metal only if its energy exceeds a threshold. Below that threshold, nothing happens no matter how bright the light is. Above it, extra photon energy becomes kinetic energy of the ejected electron.
This is the direct evidence that light is quantised: intensity controls how many electrons come out, frequency controls whether any come out at all.
Năng lượng của một photon:
$$E=h\nu=\frac{hc}{\lambda}$$Năng lượng tỉ lệ nghịch với bước sóng — bước sóng ngắn thì năng lượng cao. Nhớ một chiều là suy ra được mọi câu so sánh.
Mỗi vùng phổ kích thích một kiểu chuyển động, và đề AP hỏi thẳng cách ghép cặp này:
- Vi sóng — làm phân tử quay (năng lượng thấp nhất).
- Hồng ngoại — làm liên kết dao động. Vì thế phổ hồng ngoại dùng để nhận ra nhóm chức.
- Tử ngoại và khả kiến — chuyển mức của electron hoá trị. Đây là vùng mà dung dịch có màu hấp thụ.
- Tia X — đánh bật electron lớp trong, năng lượng cao nhất.
Thứ tự năng lượng tăng dần cần thuộc: vi sóng < hồng ngoại < khả kiến < tử ngoại < tia X.
Hiệu ứng quang điện: photon chỉ bứt được electron khỏi kim loại khi năng lượng của nó vượt ngưỡng. Dưới ngưỡng thì chiếu sáng mạnh đến mấy cũng không có electron nào bay ra.
Đó chính là bằng chứng ánh sáng bị lượng tử hoá: cường độ quyết định có bao nhiêu electron bật ra, còn tần số quyết định có bật ra hay không. Nếu ánh sáng là sóng liên tục thì đèn sáng đủ lâu phải bứt được electron — thực nghiệm nói không.
Phần năng lượng dư sau khi vượt ngưỡng chuyển thành động năng của electron bay ra.
Một đèn phát ánh sáng bước sóng $\lambda=486$ nm. Tính năng lượng của một photon và của một mol photon. Cho $h=6{,}626\times10^{-34}$ J·s, $c=3{,}00\times10^{8}$ m/s.
Đổi đơn vị trước: $486$ nm $=486\times10^{-9}$ m $=4{,}86\times10^{-7}$ m. Bỏ qua bước này là sai cả bài.
Năng lượng một photon:
$$E=\frac{hc}{\lambda}=\frac{(6{,}626\times10^{-34})(3{,}00\times10^{8})}{4{,}86\times10^{-7}}$$Tử số: $6{,}626\times3{,}00=19{,}88$, số mũ $-34+8=-26$, được $1{,}988\times10^{-25}$.
Chia cho $4{,}86\times10^{-7}$: $\dfrac{1{,}988}{4{,}86}=0{,}409$ và $-25-(-7)=-18$.
$E=4{,}09\times10^{-19}$ J cho một photon.
Một mol photon: nhân với $6{,}022\times10^{23}$:
$E=(4{,}09\times10^{-19})(6{,}022\times10^{23})=2{,}46\times10^{5}$ J $=246$ kJ/mol.
Con số này cỡ năng lượng một liên kết hoá học — đúng như mong đợi cho ánh sáng khả kiến, vùng vừa đủ để tác động lên electron hoá trị.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 3 — Intermolecular Forces and Properties gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.