Opgaver til T1.3

Opgaverne hører til siden T1.3 Farver på himlen. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave T1.3.1: De vigtigste ord

  1. Hvad er en flammefarve?
  2. Hvad er et atoms grundtilstand?
  3. Hvad vil det sige, at et atom er exciteret?
  4. Hvad er emission?
  5. Hvad er en foton?

Læs afsnittene Flammefarver og Elektroner, der hopper på siden T1.3.

I grundtilstanden har atomet mindst mulig energi. I et exciteret atom er en elektron flyttet. Se figuren med de tre tegninger af atomet.

  1. Den farve, en flamme får, når der kommer et salt ind i den. Det er metallet i saltet, der bestemmer farven.
  2. Den tilstand, hvor elektronerne sidder så tæt på kernen, som de kan. Så har atomet mindst mulig energi.
  3. En elektron er løftet ud i en skal længere ude. Atomet har mere energi end i grundtilstanden.
  4. At atomet sender lys ud. Det sker, når elektronen falder tilbage.
  5. En lille pakke energi i form af lys. Hvert spring giver én foton.

Opgave T1.3.2: Fra varme til lys

Kogende pastavand med salt sprøjter ud på gasblusset, og flammen lyser gult et øjeblik. Saltet er natriumchlorid.

Her er fire ting, der sker med et natriumatom i flammen. De står i en forkert rækkefølge.

  • Atomet er exciteret.
  • Elektronen falder tilbage, og atomet sender en foton ud.
  • Atomet er i grundtilstanden.
  • Et sammenstød løfter en elektron ud i en skal længere ude.
  1. Skriv de fire sætninger i den rigtige rækkefølge.
  2. Hvor kommer den energi fra, som løfter elektronen?
  3. Hvad bliver der af energien, når elektronen falder tilbage?
  4. Hvilket grundstof i saltet giver den gule farve: natrium eller chlor?

Se figuren med de tre tegninger af atomet. Atomet begynder i grundtilstanden.

Elektronen skal løftes, før den kan falde tilbage.

Til spørgsmål d: Natriumchlorid, natriumnitrat og natriumcarbonat giver alle den samme gule flamme. Hvad har de tre salte til fælles?

  1. Atomet er i grundtilstanden. Et sammenstød løfter en elektron ud i en skal længere ude. Atomet er exciteret. Elektronen falder tilbage, og atomet sender en foton ud.
  2. Fra varmen i flammen. I den varme flamme støder atomerne hårdt sammen.
  3. Den bliver sendt ud som lys. Lyset fra natrium er gult.
  4. Natrium. Det er metallet i saltet, der bestemmer flammefarven.

Opgave T1.3.3: Fire spring i et energidiagram

Et energidiagram med en grundtilstand og tre energitrin. Pil A går fra energitrin 1 til grundtilstanden, pil B fra energitrin 2 til grundtilstanden, pil C fra energitrin 3 til grundtilstanden og pil D fra energitrin 3 til energitrin 2. Pil C er længst, og pil D er kortest.

Figuren viser fire spring, som en elektron kan lave i et atom. Pilene viser, hvor elektronen falder fra og til. Hvert spring giver én foton.

  1. Skriv de fire spring i rækkefølge efter, hvor meget energi fotonen får. Begynd med den mindste energi.
  2. Hvilket spring giver lys med den korteste bølgelængde?
  3. Det ene af springene A og B giver rødt lys, og det andet giver blåt lys. Hvilket af dem giver det røde lys?
  4. Hver linje i et linjespektrum svarer til ét bestemt spring. Hvor mange linjer giver de fire spring?
  5. En elektron falder fra energitrin 3 til grundtilstanden i to spring: først D og så B. Hvor mange fotoner sender atomet ud?

Se på pilenes længde. Jo længere pilen er, jo større er springet, og jo mere energi får fotonen.

Lys med meget energi har en kort bølgelængde. Rødt lys har en længere bølgelængde end blåt lys. Det står i afsnit B5.1.

  1. D, A, B, C. Pil D er kortest, og pil C er længst.
  2. Spring C. Det er det største spring, så fotonen får mest energi. Lys med meget energi har en kort bølgelængde.
  3. Spring A. Et lille spring giver en foton med lidt energi, og det er rødt lys. Det større spring B giver det blå lys.
  4. Fire linjer. De fire spring er ikke lige store, så de giver lys med fire forskellige bølgelængder.
  5. To fotoner, én for hvert spring. Tilsammen har de lige så meget energi som den ene foton fra spring C.

Opgave T1.3.4: Fire ukendte spektre

Fire linjespektre fra 400 til 700 nanometer. Spektrum A har én linje ved 589. Spektrum B har linjer ved 610 og 671. Spektrum C har linjer ved 410, 434, 486 og 656. Spektrum D har linjer ved 589, 610 og 671.

Figuren viser linjespektre af lyset fra fire prøver. Sammenlign dem med figuren med linjespektre på siden T1.3.

  1. Aflæs bølgelængden for linjen i spektrum A.
  2. Hvilket grundstof lyser i hver af prøverne A, B og C?
  3. Prøve D er en blanding af to grundstoffer. Hvilke to?
  4. Lyset fra prøve D ser gult ud. Forklar, hvorfor øjet kun ser den gule farve, mens spektret viser begge grundstoffer.
  5. Spektret af lyset fra en rød stjerne i fyrværkeri har brede bånd i stedet for skarpe linjer. Hvad fortæller det om det, der lyser?

Tag én prøve ad gangen. Find det spektrum på siden T1.3, som har linjer de samme steder på aksen.

Spektrum A har én gul linje lige under 600 nm. I en blanding ser man linjerne fra begge grundstoffer.

Til spørgsmål d kan du begynde dine sætninger sådan:

  • Natriumatomer lyser så kraftigt, at …
  • I et spektrum bliver lyset delt efter …, og derfor …

Til spørgsmål e: Se de tre nederste spektre i figuren på siden T1.3.

  1. Omkring 590 nm. Den præcise værdi er 589 nm.
  2. Prøve A er natrium, som har én gul linje ved 589 nm. Prøve B er lithium, som har en kraftig rød linje ved 671 nm og en svagere orange linje ved 610 nm. Prøve C er hydrogen, som har fire linjer ved 410, 434, 486 og 656 nm.
  3. Natrium og lithium. Spektrum D har både linjen fra spektrum A og de to linjer fra spektrum B.
  4. Natriumatomer lyser så kraftigt, at det gule lys overdøver det røde lys fra lithium. Øjet ser alt lyset på én gang. I et spektrum bliver lyset delt efter bølgelængde, og derfor står lithiums linjer for sig selv ved siden af linjen fra natrium.
  5. Det er små molekyler og ikke frie atomer, der lyser. I en rød stjerne er det SrCl. Et molekyle kan svinge og dreje rundt, og det giver mange flere energitrin end i et atom. Derfor giver molekyler brede bånd i spektret og ikke skarpe linjer.

Opgave T1.3.5: Farverne i fyrværkeri

Brug tabellen under afsnittet Farverne i fyrværkeri på siden T1.3.

  1. Fire stjerner skal lyse rødt, grønt, blåt og gult. Hvilket metal skal der være i hver stjerne?
  2. Hvilke to metaller skal der til for at lave en lilla stjerne? Forklar, hvorfor stjernen bliver lilla.
  3. Hvorfor indeholder en rød, grøn eller blå stjerne altid et stof med chlor?
  4. Hvorfor er blå den sværeste farve at lave?
  5. Hvorfor skal farvesaltene til fyrværkeri være meget rene?

Svarene på spørgsmål a og b står i tabellen. Til spørgsmål c, d og e: Læs teksten under tabellen og afsnittet Blå er den sværeste farve.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Lilla opstår, når både … lys og … lys når øjet.
  • I flammen går metallet sammen med chlor og danner …
  • Molekylet CuCl tåler ikke …
  • Selv en smule natrium …
  1. Rød: strontium. Grøn: barium. Blå: kobber. Gul: natrium.
  2. Strontium og kobber. Strontium giver rødt lys, og kobber giver blåt lys. Lilla opstår, når både rødt lys og blåt lys når øjet på samme tid.
  3. I flammen går metallet sammen med chlor og danner små molekyler som SrCl, BaCl og CuCl. Det er dem, der lyser. Uden chlor bliver molekylerne ikke dannet.
  4. Molekylet CuCl tåler ikke ret høje temperaturer. Bliver flammen for varm, går det i stykker, og farven bliver bleg. Bliver flammen for kold, lyser den for svagt. Stjernen skal brænde ved præcis den rigtige temperatur.
  5. Selv en smule natrium farver hele flammen gul og overdøver de andre farver. Natriumatomer lyser meget kraftigt.

Opgave T1.3.6: Emission eller absorption?

Her er seks ting med farve.

  • en rød stjerne fra en raket
  • rød sodavand i et glas
  • en ældre gadelampe, der lyser gult
  • grønne blade
  • et neonrør, der lyser rødt
  • blå cowboybukser

I gadelampen lyser atomer af natrium, og i neonrøret lyser atomer af neon. Begge steder er det elektrisk strøm og ikke varme, der exciterer atomerne.

  1. Hvilke af de seks får deres farve ved emission, og hvilke får den ved absorption?
  2. Forestil dig, at det er helt mørkt. Hvilke af de seks kan du stadig se? Begrund dit svar.
  3. Lyset fra gadelampen har samme gule farve som flammen i opgave T1.3.2. Forklar hvorfor.
  4. Hvad gør elektronen ved absorption, og hvad gør den ved emission?

Spørg dig selv: Sender tingen selv lys ud, eller tager den en del af det lys, der rammer den? Læs afsnittet Emission og absorption på siden T1.3.

Et farvestof absorberer en del af det hvide lys, og vi ser resten. Det står i afsnit B5.1.

Til spørgsmål b kan du begynde dine sætninger sådan:

  • Ved emission ser vi det lys, som …
  • Ved absorption ser vi det lys, der er …

Til spørgsmål c: Farven afhænger af, hvor store spring elektronen kan lave i atomet.

  1. Emission: stjernen fra raketten, gadelampen og neonrøret. Absorption: sodavanden, bladene og cowboybukserne.
  2. Stjernen, gadelampen og neonrøret. Ved emission ser vi det lys, som stoffet selv sender ud. Sodavanden, bladene og cowboybukserne kan ikke ses i mørke. Ved absorption ser vi det lys, der er tilbage, og så skal der først falde hvidt lys på dem.
  3. Det er natriumatomer, der lyser begge steder. Natrium har sine egne spring. Springet er lige stort, uanset om atomet er exciteret af varme eller af strøm. Derfor får fotonen den samme energi, og lyset får den samme farve.
  4. Ved absorption optager elektronen energi fra lyset og hopper til et højere energitrin. Ved emission falder elektronen ned igen og sender energien ud som lys.

Opgave T1.3.7: Fotonens energi

Opgaven er til dig, der har læst boksen Sådan regner man fotonens energi ud på siden T1.3.

Lithium sender rødt lys ud med bølgelængden 671 nm.

  1. Skriv bølgelængden i meter.
  2. Beregn energien af én foton fra lithium.
  3. En foton fra natrium har energien 3,38 · 10−19 J. Hvilken af de to fotoner har mest energi? Passer det med lysets farve?
  4. Beregn energien for 1 mol lithiumatomer, som hver sender én foton ud. Angiv resultatet i kJ/mol.

1 nm er 10−9 m. Formlen står i boksen: \(E = \dfrac{h \cdot c}{\lambda}\). Her er h = 6,63 · 10−34 J · s og c = 3,00 · 108 m/s.

På lommeregneren tastes 6,63E−34 · 3,00E8 / 671E−9.

Til spørgsmål d: Gang energien af én foton med 6,02 · 1023 mol−1. Regn til sidst om fra J til kJ.

  1. 671 nm = 671 · 10−9 m = 6,71 · 10−7 m

  2. Energien af én foton er

\[ E = \frac{h \cdot c}{\lambda} = \frac{6{,}63 \cdot 10^{-34}\ \mathrm{J \cdot s} \cdot 3{,}00 \cdot 10^{8}\ \dfrac{\mathrm{m}}{\mathrm{s}}}{671 \cdot 10^{-9}\ \mathrm{m}} = 2{,}96 \cdot 10^{-19}\ \mathrm{J} \]

  1. Fotonen fra natrium har mest energi, for 3,38 · 10−19 J er mere end 2,96 · 10−19 J. Det passer med farven. Gult lys ved 589 nm har en kortere bølgelængde end rødt lys ved 671 nm, og lys med en kort bølgelængde har mest energi.

  2. Energien af én foton ganges med antallet af atomer i 1 mol.

\[ E(\text{1 mol}) =2{,}96 \cdot 10^{-19}\ \mathrm{J} \cdot 6{,}02 \cdot 10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}} = 1{,}78 \cdot 10^{5}\ \dfrac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol}} = 178\ \dfrac{\mathrm{kJ}}{\mathrm{mol}} \]

Lyset fra 1 mol lithiumatomer har energien 178 kJ. Det er mindre end de 203 kJ fra 1 mol natriumatomer.