Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik LK · Spektroskopie 2026

a) Erläutern Sie unter Verwendung eines qualitativen Energieniveauschemas die prinzipielle Entstehung eines derartigen Emissionsspektrums.

Lösung: Ein Atom kann nur bestimmte Energiezustände annehmen ($E_1, E_2, \dots, E_n$). Das Niveau mit der geringsten Energie ist der Grundzustand ($E_1$). Bei der Rückkehr eines zuvor angeregten Atoms in einen niedrigeren Anregungszustand oder den Grundzustand wird die Energiedifferenz beider Zustände in Form eines Photons emittiert. Gemäß $$E = h\cdot f = \frac{h\cdot c}{\lambda}$$ besitzen diese Photonen ausschließlich diskrete Wellenlängen, die als Linien im Emissionslinienspektrum erscheinen.

a) Qualitatives Energieniveauschema zur Entstehung der Spektrallinien

Lösung: Qualitatives Energieniveauschema mit waagerechten Niveaus $E_1$, $E_2$, $E_3$ auf einer vertikalen Energieachse $E$. Nach unten gerichtete Übergangspfeile kennzeichnen die Emission von Photonen mit den jeweiligen Wellenlängen: - Von $E_2$ nach $E_1$: Emission mit $\frac{h\cdot c}{\lambda_{21}}$ - Von $E_3$ nach $E_1$: Emission mit $\frac{h\cdot c}{\lambda_{31}}$ - Von $E_3$ nach $E_2$: Emission mit $\frac{h\cdot c}{\lambda_{32}}$

b) Erklären Sie unter Berücksichtigung der Materialien 5 und 6 die Entstehung der Absorptionslinien von Wasserstoff und Sauerstoff im kontinuierlichen Spektrum des Sonnenlichtes, wenn es von der Erde aus beobachtet wird.

Lösung: Dem Material 6 ist zu entnehmen, dass im Inneren der Sonne ein kontinuierliches Spektrum entsteht. Im Randbereich der Sonne absorbiert der dort befindliche Wasserstoff diejenige Energie, die seinen eigenen Emissionslinien entspricht (M 5). Da die absorbierte Energie nachfolgend in zufällige Richtungen emittiert wird, treten an diesen Stellen Absorptionslinien im kontinuierlichen Spektrum auf, z. B. die Linien C und F. Wenn das Licht der Sonne die Erdatmosphäre durchquert, kommt es zur Absorption durch Sauerstoff und es kommen weitere Absorptionslinien (Linien A und B) hinzu.