H-alpha-Emission

Elyssa

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Hallo Leute,
kurze Frage:
Wir haben eine Gaswolke im All und bestrahlen sie mit energiereicher Strahlung (Wellenlänge = 91,1 nm), sodass Wasserstoff ionisiert wird. Die Emissionslinie, die er bei Rekombination aussendet, liegt bei 656,1 nm und wird H-alpha genannt. Wie erklärt ihr euch die fehlende Energie?
Lg Elyssa
 

jonas

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Die Erklärung könnte in etwa die selbe sein, warum ein roter Farbfleck eben rot ist, obwohl er mit weissem Licht der Sonne angestrahlt wird. Alle höheren Frequenzen des Sonnenlichts sind also "weg". Eine der Erklärungen, wohin die Energie verschwunden ist, ist also: Wärme.
 

Orbit

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Elyssa
Um ein H-Atom zu ionisieren, muss eine Energie von 2,18E-18 J oder 13,6 eV aufgewendet werden. Die entspricht einer Wellenlänge von 91,15 nm. Bei der Rekombination geschieht der inverse Vorgang: Da werden Elektronen von Protonen eingefangen. Dabei 'fallen' sie durch sämtliche Quantenzustände bis hin zum energieärmsten n = 1. Bei dieser Kaskade geben sie bei jedem Quantensprung eine Energieprtion ab. Beim Sprung von n=3 auf n=2 (Balmer Serie) ist dies die Energie von sichtbarem Licht mit einer Wellenlänge von eben diesen 656,3 nm. Natürlich fallen die Elektronen dann auch noch in den Grundzustand weiter; aber bei diesem Quantensprung wird ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge von 121,5 nm emittiert.
Das Elektron hinterlässt also auf seinem Weg in den Grundzustand nur beim Sprung von der 3. auf die 2. Quantenstufe eine sichtbare Spur. In Portionen gibt es aber insgesamt wieder die ganzen 13,6 eV ab, die bei der Ionisierung aufgewendet worden sind.

Gruss Orbit
Hier findest Du eine ausführliche Erklärung im englischen Wiki:
http://en.wikipedia.org/wiki/H-alpha
 
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Orbit

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Darfst Du. Danke. :)

Übrigens, der Faktor, mit dem man die jeweilige Emissionsenergie erhält, wenn man ihn mit 13,6 eV multipliziert, ist leicht zu berechnen:
Quantensprung von n = 2 auf n =1: 1-1/4 = 0.75
Quantensprung von n = 3 auf n =2: 1/4-1/9 = 0.1388...
Quantensprung von n = 4 auf n =3: 1/9-1/16 = 0.048611...
usw.
Und mit dem Kehrwert dieses Faktors muss man logischerweise die Wellenlänge von 91,15 nm multiplizieren, um die Wellenlänge der entsprechenden Emissionsstrahlung zu erhalten.

Gruss Orbit
 

Orbit

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Ich hab's ja vorgerechnet. Um Deine jetzige Frage zu beantworten müsste ich nochmals denselben Beitrag schreiben. Oder was möchtest Du genau wissen?
 

Elyssa

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Nein,wie du zu der "FOrmel" für die Rechnung kommst...irgendwoher musst du doch wissen,wie man das berechnet.
 

Orbit

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Elyssa
Um ein Elektron aus der Grundstufe (n=1) ganz vom Kern zu 'entbinden' muss die ganze Ionisierungsenergie aufgewendet werden.
Aus dem 2. Niveau 1/4 davon.
Aus dem 3. Niveau 1/9.
Aus dem 4. Niveau 1/16.
usw.
Die Inisierungsenergie ist also umgekehrt proportional zum Quadrat der Hauptquantenzahl.
Soll das Elektron nur von einer Stufe auf die nächste angehoben werden, muss Energie aufgewendet werden, welche der Energiedifferenz dieser Stufen entspricht:

n Faktor...Faktor der Differenz
1 1/1
2 1/4......1-1/4=0.75
3 1/9......1/4-1/9=0.1389
4 1/16....1/9-1/16=0.0486
Die experimentell ermittelte Ionisierungsenergie, die beim Wasserstoff 13,6 eV beträgt, muss mit diesem Faktor multipliziert werden.
Die Ionisierungsenergie von Helium, dem Element Nr. 2 ist 4 mal so gross, also 54.4eV, die von Lithium, dem Element Nr. 3, ist 9mal so gross usw.

Beim umgekehrten Prozess, bei der Rekombination also, wird dieselbe Energie, die bei der Anregung aufgewendet werden muss, bei jedem Quantensprung emittiert. Und nur beim Sprung von 3 auf 2 hat die emittierte Energie eine Wellenlänge im sichtbaren Bereich.

Gruss Orbit
 
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