Témata kodifikátoru jednotné státní zkoušky: čárová spektra.

Pokud propustíte sluneční světlo přes skleněný hranol nebo difrakční mřížku, dostanete známé spojité spektrum(Obr. 1) (Obrázky na obr. 1, 2 a 3 převzaty z webové stránky www.nanospectrum.ru):

Rýže. 1. Spojité spektrum

Spektrum se nazývá spojité, protože obsahuje všechny vlnové délky viditelného rozsahu – od červeného okraje po fialový. Pozorujeme spojité spektrum ve formě plného pásu skládajícího se z různých barev.

Spojité spektrum má nejen sluneční světlo, ale také například světlo elektrické žárovky. Obecně se ukazuje, že jakákoli pevná a kapalná tělesa (stejně jako velmi husté plyny) se zahřívají vysoká teplota, produkují záření se spojitým spektrem.

Situace se kvalitativně mění, když pozorujeme záři zředěných plynů. Spektrum přestává být spojité: objevují se v něm diskontinuity, které se zvětšují, jak se plyn stává řídkým. V limitujícím případě extrémně zředěného atomového plynu se spektrum stává vládl- skládající se z oddělených spíše tenkých čar.

Budeme uvažovat dva typy čarových spekter: emisní spektrum a absorpční spektrum.

Emisní spektrum

Předpokládejme, že plyn se skládá z atomy nějaký chemický prvek a je tak řídký, že atomy spolu stěží interagují. Rozložením záření takového plynu (zahřátého na dostatečně vysokou teplotu) do spektra uvidíme přibližně následující obrázek (obr. 2):

Rýže. 2. Čárové emisní spektrum

Toto čárové spektrum, tvořené tenkými izolovanými vícebarevnými čarami, se nazývá emisní spektrum.

Jakýkoli atomový zředěný plyn vyzařuje světlo s čárovým spektrem. Navíc pro každý chemický prvek se emisní spektrum ukazuje jako jedinečné a hraje roli „identifikační karty“ tohoto prvku. Na základě množiny čar v emisním spektru můžeme jednoznačně říci, o který chemický prvek máme co činit.

Vzhledem k tomu, že plyn je zředěný a atomy spolu málo interagují, můžeme dojít k závěru, že světlo je vyzařováno atomy na vlastní pěst. Tedy, atom je charakterizován diskrétní, přísně definovanou sadou vlnových délek emitovaného světla. Každý chemický prvek, jak jsme již řekli, má svou vlastní sadu.

Absorpční spektrum

Atomy emitují světlo při přechodu z excitovaného stavu do základního stavu. Látka ale dokáže světlo nejen vyzařovat, ale i pohlcovat. Atom absorbující světlo prochází opačným procesem - přechází ze základního stavu do excitovaného.

Uvažujme znovu zředěný atomový plyn, ale tentokrát ve studeném stavu (při docela nízké teplotě). Zářit plynu neuvidíme; Bez zahřívání plyn nevyzařuje - na to je v excitovaném stavu příliš málo atomů.

Pokud naším studeným plynem procházíte světlo se spojitým spektrem, můžete vidět něco takového (obr. 3):

Rýže. 3. Čárové absorpční spektrum

Na pozadí spojitého spektra dopadajícího světla se objevují tmavé čáry, které tvoří tkzv absorpční spektrum. Odkud tyto řádky pocházejí?

Pod vlivem dopadajícího světla přecházejí atomy plynu do excitovaného stavu. Ukazuje se, že pro excitaci atomů nejsou vhodné žádné vlnové délky, ale jen několik, přesně definovaných pro daný typ plynu. Jsou to právě tyto vlnové délky, které plyn „ubírá“ procházejícímu světlu.

Navíc plyn odstraňuje ze spojitého spektra přesně stejné vlnové délky, jaké vyzařuje! Tmavé čáry v absorpčním spektru plynu přesně odpovídají jasným čarám v jeho emisním spektru. Na Obr. Obrázek 4 porovnává emisní a absorpční spektrum par zředěného sodíku (obrázek z webové stránky www.nt.ntnu.no):

Rýže. 4. Absorpční a emisní spektra pro sodík

Působivá shoda linií, že?

Při pohledu na emisní a absorpční spektra došli fyzici 19. století k závěru, že atom není nedělitelná částice a má nějakou vnitřní strukturu. Ve skutečnosti musí něco uvnitř atomu poskytnout mechanismus pro vyzařování a pohlcování světla!

Jedinečnost atomových spekter navíc naznačuje, že tento mechanismus je odlišný pro atomy různých chemických prvků; proto se atomy různých chemických prvků musí lišit svou vnitřní strukturou.

Další stránka bude věnována struktuře atomu.

Spektrální analýza

Základem je využití čárových spekter jako unikátních „pasů“ chemických prvků spektrální analýza- metoda studia chemického složení látky na základě jejího spektra.
Myšlenka spektrální analýzy je jednoduchá: emisní spektrum zkoumané látky se porovnává se standardními spektry chemických prvků, načež je učiněn závěr o přítomnosti nebo nepřítomnosti konkrétního chemického prvku v této látce. Za určitých podmínek lze určit metodu spektrální analýzy chemické složení nejen kvalitativně, ale i kvantitativně.

V důsledku pozorování různých spekter byly objeveny nové chemické prvky.

První z těchto prvků byly cesium a rubidium; byly pojmenovány podle barvy čar v jejich spektru (Ve spektru cesia jsou nejvýraznější dvě čáry nebesky modré barvy, latinsky nazývané caesius. Rubidium vytváří dvě charakteristické čáry rubínové barvy).

V roce 1868 byly ve spektru Slunce objeveny čáry, které neodpovídaly žádnému ze známých chemických prvků. Nový prvek byl pojmenován hélium(z řečtiny helios- Slunce). Helium bylo následně objeveno v zemské atmosféře.

Obecně platí, že spektrální analýza záření Slunce a hvězd ukázala, že všechny prvky zahrnuté v jejich složení jsou přítomny na Zemi. Ukázalo se tedy, že všechny objekty ve vesmíru jsou sestaveny ze stejné „sady cihel“.

Část A. Vyberte správnou odpověď:

A) Zářivka

B) TV obrazovka

B) Infračervený laser

D) Žárovka

A) Pro zahřáté pevné látky

B) Pro ohřáté kapaliny

A) Pro zahřáté pevné látky

B) Pro ohřáté kapaliny

D) Pro zahřáté atomové plyny

Část B. Pro každého

A) Spojité spektrum

B) Čárové spektrum

B) Pásmové spektrum

D) Absorpční spektra

Test Fyzika 11 „Typy záření a spektra“

Část A. Vyberte správnou odpověď:

A1. Záření kterého tělesa je tepelné?

A) Zářivka

B) TV obrazovka

B) Infračervený laser

D) Žárovka

A2. Jaká tělesa se vyznačují pruhovanými absorpčními a emisními spektry?

A) Pro zahřáté pevné látky

B) Pro ohřáté kapaliny

B) Pro kterýkoli z výše uvedených orgánů

D) Pro zahřáté atomové plyny

D) Pro zředěné molekulární plyny

A3. Která tělesa se vyznačují čárovým absorpčním a emisním spektrem?

A) Pro zahřáté pevné látky

B) Pro ohřáté kapaliny

B) Pro zředěné molekulární plyny

D) Pro zahřáté atomové plyny

D) Pro kterýkoli z výše uvedených orgánů

Část B. Pro každého charakteristiky vyberte vhodný typ spektra

1. Spektra se získávají průchodem světla ze zdroje vytvářejícího spojité spektrum látkou, jejíž atomy jsou v neexcitovaném stavu
2. Skládá se z jednotlivých čar různé nebo stejné barvy, které mají různá umístění
3. Vydávají zahřáté pevné a kapalné látky, plyny zahřáté pod vysokým tlakem.
4. Uveďte látky, které jsou v molekulárním stavu
5. Emitované plyny a parami o nízké hustotě v atomovém stavu
6. Skládá se z velkého počtu těsně vedle sebe umístěných čar
7. Jsou stejné pro různé látky, nelze je tedy použít ke stanovení složení látky
8. Jedná se o soubor frekvencí absorbovaných danou látkou. Látka absorbuje ty čáry spektra, které vyzařuje a je zdrojem světla
9. Jedná se o spektra obsahující všechny vlnové délky určitého rozsahu.
10. Umožňuje posoudit chemické složení světelného zdroje pomocí spektrálních čar

A) Spojité spektrum

Jedná se o soubor frekvencí absorbovaných danou látkou. Látka absorbuje ty čáry spektra, které vyzařuje, a je zdrojem světla. Absorpční spektra se získávají průchodem světla ze zdroje, který vytváří spojité spektrum látkou, jejíž atomy jsou v neexcitovaném stavu.

Collection.edu.ru/dlrstore/9da42253-f b6-b37f-a7c9379ae49f/9_123.swf collection.edu.ru/dlrstore/9da42253-f b6-b37f-a7c9379ae49f/809.2kolekcedudr. 17e postel-8a5c19e34f0f/9_121.swf collection.edu.ru/dlrstore/9276d80c-17e postel-8a5c19e34f0f/9_121.swf Opera -

Navštivte velmi velký dalekohled krátký záblesk meteoru na obloze je téměř nemožný. Ale 12. května 2002 měli astronomové štěstí – jasný meteor náhodou proletěl přesně tam, kam mířila úzká štěrbina spektrografu na observatoři Paranal. V tomto okamžiku spektrograf zkoumal světlo.

Metoda stanovení kvalitativního a kvantitativního složení látky z jejího spektra se nazývá spektrální analýza. Spektrální analýza je široce používána při průzkumu nerostů k určení chemického složení vzorků rud. Používá se ke kontrole složení slitin v hutnický průmysl. Na jeho základě bylo stanoveno chemické složení hvězd atd.

Ve spektroskopu je světlo ze studovaného zdroje 1 směrováno do štěrbiny 2 trubice 3, nazývané trubice kolimátoru. Štěrbina vyzařuje úzký paprsek světla. Na druhém konci tubusu kolimátoru je čočka, která převádí rozbíhavý paprsek světla na paralelní. Paralelní paprsek světla vycházející z trubice kolimátoru dopadá na čelo skleněného hranolu 4. Protože index lomu světla ve skle závisí na vlnové délce, rozloží se paralelní paprsek světla, skládající se z vln různých délek, na rovnoběžné paprsky. světla různé barvy, chůze podél různé směry. Čočka 5 dalekohledu zaostřuje každý z paralelních paprsků a vytváří obraz štěrbiny v každé barvě. Vícebarevné obrazy štěrbiny tvoří vícebarevné pásové spektrum.

Collection.edu.ru/dlrstore/aaf2f40a-ba0d-425a- bd b13b87/9_158.swf collection.edu.ru/dlrstore/aaf2f40a-ba0d-425a- bd b13b87/9_158.swf

Spektrum lze pozorovat okulárem používaným jako lupa. Je-li potřeba získat fotografii spektra, pak se fotografický film nebo fotografická deska umístí na místo, kde se získá skutečný obraz spektra. Zařízení pro fotografování spekter se nazývá spektrograf.

Nový spektrograf NIFS se připravuje k odeslání na observatoř Gemini North (foto z webu au)

Pouze dusík (N) a draslík (K) pouze hořčík (Mg) a dusík (N) dusík (N), hořčík (Mg) a další neznámé látky hořčík (Mg), draslík (K) a dusík (N) Obrázek ukazuje absorpční spektrum neznámého plynu a absorpční spektra par známých kovů. Na základě analýzy spekter lze konstatovat, že neznámý plyn obsahuje atomy A B C D

VODÍK (H), HÉLIUM (HE) A SODNÍK (NA) SODNÍK (NA) A VODÍK (H) POUZE SODÍK (NA) A HÉLIUM (NE) POUZE VODÍK (H) A HÉLIUM (NE) POUZE Obrázek ukazuje absorpční spektrum neznámých plynů a absorpčních spekter atomů známých plynů. Na základě analýzy spekter lze konstatovat, že neznámý plyn obsahuje atomy: A B C D

Existují tři typy emisních spekter – čárové, pruhované a spojité. Čárová spektra jsou pozorována v případech, kdy emitují jednotlivé atomy nebo ionty. Skládají se z řady čar charakteristických pro danou látku, oddělených tmavými mezerami. Každý řádek odpovídá specifické vlnové délce, nazývané monochromatické. Čárová spektra charakterizují jevy vyskytující se uvnitř atomu.

Pásová spektra jsou emitována molekulami. Pás je řada těsně rozmístěných spektrálních čar. Emise pruhovaných spekter ukazuje na komplikaci energetických stavů molekuly ve srovnání se stavy izolovaného atomu v důsledku vibračních a rotačních pohybů jejích základních jader.

Spojitá spektra jsou emitována pevnými látkami. Kontinuální povaha těchto spekter je důsledkem silné interakce částic, které tvoří pevnou látku.

Typ čárového spektra závisí na struktuře atomu odpovídajícího chemického prvku, proto mají všechny chemické prvky přesně definovaná čárová spektra, lišící se od sebe jak počtem čar, tak svými vlnovými délkami. Nejjednodušší čárové spektrum vytváří atom vodíku, který má nejjednodušší strukturu. Hledání vysvětlení vzorů obsažených v tomto spektru vedlo k vytvoření kvantově mechanické teorie atomu.

Předně je třeba poznamenat, že čáry v emisním spektru libovolného atomu, včetně atomu vodíku, nejsou umístěny náhodně, ale lze je spojovat do skupin nazývaných série. Uspořádání čar v těchto sériích podléhá určitým vzorům. Ve viditelné části spektra atomu vodíku je to Balmerova řada, v ultrafialové - Lymanova řada, v blízké infračervené - Paschenova řada atd. Experimentálně nalezený vzorec pro vlnové délky l čar v každé z těchto řad má tvar:

Říká se tomu zobecněný Balmerův vzorec. V tomto vzorci R = 1,097 x 107 m-1- Rydbergova konstanta, n A m celá čísla. Pro daný nčíslo m přijímá všechny celočíselné hodnoty počínaje n+1. Li n=1 vzorec (1) popisuje Lymanovu řadu, n=2 série Balmer, n=3- Paschenova řada.

Fyzikální význam tohoto vzorce vyplývá z teorie struktury atomu vodíku a atomů podobných vodíku, vytvořené Bohrem na základě Planckovy kvantové hypotézy a klasického planetárního modelu atomu Rutherforda. Bohr postuloval hlavní ustanovení teorie, kterou vyvinul.

První postulát: v atomu existuje řada diskrétních stacionárních stavů, které odpovídají určitým hodnotám energie atomu: E 1, E 2, E 3,… . Ve stacionárním stavu atom nevyzařuje ani neabsorbuje energii.

Druhý postulát: k emisi a absorpci energie dochází při přechodu z jednoho stacionárního stavu do druhého. V tomto případě je emitováno nebo absorbováno kvantum energie hn, rovna energetickému rozdílu mezi dvěma stacionárními stavy:

hn = Em - En (2)

Kde h- Planckova konstanta. Výraz (2) určuje frekvenci n monochromatického záření emitovaného nebo absorbovaného atomem při přechodu ze stavu m do stavu n (Bohrova frekvenční podmínka).

Diskrétní stacionární stavy v Bohrově teorii byly vybrány pomocí speciálního pravidla pro kvantování drah, které bylo formulováno následovně: ze všech možných drah podle klasické mechaniky jsou realizovány pouze ty, ve kterých je moment hybnosti elektronu násobkem hodnoty ( třetí postulát):

Ve vzorci (3) m– hmotnost elektronů; Vn- rychlost elektronů na n stacionární oběžná dráha; r n- poloměr této oběžné dráhy; n- celé číslo: 1, 2, 3, ....

Podle Bohra uvažujme atomový systém skládající se z jádra s nábojem Ze a jednoho elektronu s nábojem - E.

Na Z= 1, takový systém odpovídá atomu vodíku, s jiným Z - atom podobný vodíku, tzn. atom s atomovým číslem Z, ze kterého byly kromě jednoho odstraněny všechny elektrony. Pro zjednodušení výpočtů předpokládáme, že elektron rotuje po kruhové dráze a hmotnost jádra je ve srovnání s hmotností elektronu nekonečně velká a jádro je nehybné.

Dostředivá síla, která drží elektron na n-té stacionární dráze, je vytvářena silou Coulombovy přitažlivosti k jádru.

Odtud: , (4)

těch. Když se elektron pohybuje po své dráze, jeho kinetická energie a potenciální energie jsou ve vztahu 2T = -U (5)

Vydělením rovnice (4) rovnicí (3) získáme výraz pro rychlost elektronu při n-tý stacionární obíhat

Celková energie (E) elektronu na n-té stacionární dráze se skládá z kinetické a potenciální energie a při zohlednění vzorce (5) se rovná:

Dosazením hodnoty rychlosti (6) do tohoto vzorce získáme následující výraz pro energie stacionárních stavů atomu:

Když se elektron přesune z dráhy m na dráhu n, je emitováno kvantum energie podle vzorce (3)

Odtud frekvence spektrální čáry

Ve spektroskopii se obvykle používají vlnová čísla. Pak

Pro vodík (Z = 1) má vzorec (7) tvar:

a shoduje se se zobecněným Balmerovým vzorcem (1), který byl empiricky zjištěn pro vlnová čísla spektrálních čar atomu vodíku. Ze vzorců (1) a (8) vyplývá, že

Tato hodnota se shoduje s experimentálně stanovenou hodnotou Rydbergovy konstanty.

Obrázek 1 ukazuje diagram energetických hladin a tři série spektrálních čar atomu vodíku.

Přechody z vyšší úrovně do úrovně n = 1 odpovídá záření ultrafialové Lymanovy řady (I), pro kterou ze vzorce (8) získáme:

Kde m = 2, 3, 4, ...

Přechody z vyšších úrovní na úroveň n = 2 odpovídají záření z viditelné Balmerovy řady (II):

Kde m = 3, 4, 5, ...

Přechody z vyšších úrovní na úroveň n = 3 odpovídají záření infračervené řady Paschen (III):

Kde m = 4, 5, 6, .…

Když atom absorbuje světlo, elektrony se pohybují z nižších úrovní na vyšší. V tomto případě atom přechází ze základního stavu do excitovaného.

Bohrova teorie se vyznačovala vnitřní logickou nekonzistencí, takže se nemohla stát konzistentní kompletní teorií atomových jevů. V současné době jsou spektra atomů a molekul vysvětlována v rámci kvantové mechaniky.

Přístup k popisu stavu mikročástic v kvantové mechanice je zásadně odlišný od klasického. Neumožňuje nám jednoznačně určit polohu částice v prostoru a její trajektorii, jak se to děje v klasické mechanice, protože v mikrosvětě tyto pojmy ztrácejí smysl, ale pouze předpovídá: s jakou pravděpodobností lze tuto částici detekovat při různých body ve vesmíru. Proto má kvantová mechanika statistickou povahu.

Základem matematického aparátu kvantové mechaniky je tvrzení, že popis stavu systému se provádí určitou funkcí souřadnic a času Y, charakterizující tento stav. Tato funkce se nazývá vlnová funkce. Fyzikální význam nemá samotná vlnová funkce, ale druhá mocnina jejího modulu, která určuje pravděpodobnost dw detekce předmětu (mikročástice) v objemovém prvku dV. Pokud je funkce Y normalizována, pak dw = |Y| 2 dV (9)

Pojďme zjistit vlastnosti vlnové funkce. S ohledem na to, co bylo řečeno výše o fyzickém významu |Y| 2 vlnová funkce, Y by mělo být:

1. konečná, protože pravděpodobnost nemůže být větší než jedna;

2. jednoznačný;

3. průběžný, protože pravděpodobnost se nemůže náhle změnit.

Pro popis stavu systému v kvantové mechanice je tedy nutné znát vlnovou funkci tohoto systému. Vyplývá to ze Schrödingerovy rovnice, která je základní rovnicí nerelativistické kvantové mechaniky. Tato rovnice není odvozena, ale je postulována na základě obecných úvah. Jeho platnost je prokázána shodou teoretických výsledků z něj získaných s experimentálními fakty. V obecný případ Schrödingerova rovnice má následující tvar:

Zde m- hmotnost částic, U- funkce souřadnic a času, rovna potenciálu silového pole s opačným znaménkem, i- imaginární jednotka, - Laplaceův operátor, .

Pokud je silové pole, ve kterém se částice nachází, stacionární (nezávisí na čase), pak potenciál U nezávisí na čase a přebírá význam potenciální energie příslušné částice ve vnějším silovém poli. V tomto případě může být Y reprezentováno jako součin dvou funkcí, z nichž jedna závisí pouze na souřadnicích a druhá pouze na čase.

Zde E- celková energie částice, která se v případě stacionárního pole v čase nemění.

Po dosazení tohoto výrazu do rovnice (10) pro funkci y(x,y,z) získá se následující rovnice:

která se nazývá Schrödingerova rovnice pro stacionární stavy.

Uvažujme atom vodíku z pohledu kvantové mechaniky. Dosadíme hodnotu potenciální energie elektronu v jaderném poli do stacionární Schrödingerovy rovnice:

Rovnice (11) má v tomto případě tvar:

Protože pole jádra atomu vodíku má sférickou symetrii daná rovnice je vhodné řešit ve sférickém souřadnicovém systému (r, j, Q). Řešení se provádí metodou separace proměnných, reprezentujících vlnovou funkci jako součin dvou funkcí, z nichž jedna závisí pouze na r, a druhý pouze z úhlových souřadnic j, Q.

y(r,Q,j) = R(r)×Y(Q,j)

S tímto znázorněním je pravděpodobnost, že částice má hodnoty souřadnic v rozsahu od r na r+dr určeno čtvercem |rR| 2.

Řešení Schrödingerovy rovnice (12) vede k následujícím hlavním výsledkům.

1. Vodíkový elektron má diskrétní energetické spektrum. Vlastní čísla energie jsou určeny výrazem:

Kde n- hlavní kvantové číslo s libovolnou kladnou celočíselnou hodnotou ( n = 1, 2, 3, ...).

2. Orbitální moment hybnosti elektronu L může přijmout pouze další diskrétní série hodnoty:

Kde l- orbitální (azimutální) kvantové číslo. Může nabývat libovolné hodnoty z následujícího: l= 0, 1, 2, 3, ..., (n-1) - pouze n hodnot. Podmínka s l= 0 se obvykle nazývá s - stav, s l = 1 – r- stav, c l= 2 – d-stav, s l = 3 – F- stav atd.

3. Orbitální moment hybnosti lze vzhledem k fyzikálně zvolenému směru v prostoru (z) orientovat pouze tak, že jeho průmět do tohoto směru je násobkem , tedy

m- nazývané magnetické kvantové číslo. Může nabývat následujících hodnot:

m=0, ±1, ±2, …, ± l- celkem (2 l+ 1) hodnoty.

Stav elektronu v atomu vodíku je tedy určen třemi kvantovými čísly – hlavním n, která určuje energii státu E n; azimutální l, charakterizující moment hybnosti elektronu L a magnetické m, který určuje orientaci L vzhledem ke zvolenému směru v prostoru. Stavy jsou popsány vlastními vlnovými funkcemi Yn, l, m což jsou řešení Schrödingerovy rovnice (18).

Schrödingerova rovnice je nerelativistická. Zohlednění relativistických efektů (Diracova rovnice) vede k existenci vlastního momentu hybnosti elektronu – spinu, určeného kvantovým číslem s, rovná se 1/2:

Projekce rotace do zvoleného směru z může trvat 2 s + 1 = 2 různé významy:

kde je kvantové číslo projekce spinu elektronu. Vezmeme-li v úvahu spin, stav elektronu v atomu je charakterizován čtyřmi kvantovými čísly: ke kvantovým číslům n, l, m mělo by být přidáno spinové kvantové číslo m s.

Všimněte si té diskrétnosti fyzikální veličiny, charakteristické pro jevy atomového světa, v kvantové mechanice přirozeně vyplývá z řešení Schrödingerovy (Diracovy) rovnice, zatímco v Bohrově teorii bylo nutné ji zavést pomocí dodatečné podmínky v podstatě neklasické povahy.

27.02.2014 28264 0

Cíl: ukázat praktický význam spektrální analýzy.Povzbuzovat studenty k překonávání obtíží v procesu duševní činnosti, pěstovat zájem o fyziku.

Postup lekce

jáOrganizační moment

II.Kontrola domácích úkolů.

V Co je podstatou Thomsonova modelu?

- Nakreslete a vysvětlete schéma Rutherfordova experimentu o rozptylu částic alfa. Co v této zkušenosti vidíme?

- Vysvětlete důvod rozptylu částic alfa atomy hmoty?

- Co je podstatou planetárního modelu atomu?

III. Učení nového materiálu

Slovo „spektrum“ zavedl do fyziky Newton, který jej používal ve svých vědeckých pracích. Slovo „spektrum“ v překladu z klasické latiny znamená „duch“, „obsazení“, což docela přesně odráží podstatu jevu - vzhled sváteční duhy, když bezbarvé sluneční světlo prochází průhledným hranolem.

Všechny zdroje neprodukují světlo přesně definované vlnové délky. Frekvenční rozložení záření je charakterizováno spektrální hustotou intenzity záření.

Typy spekter

Emisní spektra

Soubor frekvencí (nebo vlnových délek) obsažených v záření látky se nazývá emisní spektrum. Přicházejí ve třech typech.

Solidníje spektrum obsahující všechny vlnové délky určitého rozsahu od červené po y k= 7,6 10 7 a až fialová

y f= 4-10 11 m Spojité spektrum vyzařují zahřáté pevné a kapalné látky, plyny zahřáté pod vysokým tlakem.

Řídil -Toto je spektrum, které vyzařují plyny a páry s nízkou hustotou v atomárním stavu. Skládá se z jednotlivých čar různé nebo stejné barvy, které mají různá umístění. Každý atom vysílá sadu elektromagnetických vln o určitých frekvencích. Proto má každý chemický prvek své vlastní spektrum.

Pruhované -Toto je spektrum, které je vyzařováno plynem v jeho molekulárním stavu.

Čárová a pásová spektra lze získat zahřátím látky nebo průchodem elektrického proudu.

Absorpční spektra

Absorpční spektra se získávají průchodem světla ze zdroje vytvářejícího spojité spektrum látkou, jejíž atomy jsou v neexcitovaném stavu.

Absorpční spektrum - je to soubor frekvencí absorbovaných danou látkou. Podle Kirchhoffova zákona látka pohlcuje ty čáry spektra, které vyzařuje jako zdroj světla.

Objev spektrální analýzy vzbudil velký zájem i u veřejnosti daleko od vědy, což se v té době nestávalo příliš často. Jako vždy v takových případech našli nečinní amatéři mnoho dalších vědců, kteří prý všechno dělali dávno před Kirchhoffem a Bunsenem. Na rozdíl od mnoha svých předchůdců Kirchhoff a Bunsen okamžitě pochopili význam svého objevu.

Poprvé jasně pochopili (a přesvědčili o tom ostatní), že spektrální čáry jsou charakteristické pro atomy látky.

Po objevu Kirchhoffa a Bunsena 18. srpna 1868 pozoroval francouzský astronom Pierre-Jules-Cesar Jansen (1824-1907) při zatmění Slunce v Indii žlutou čáru neznámé povahy ve spektru sluneční koróny. O dva měsíce později se anglický fyzik Joseph Norman Lockyer (1836-1920) naučil pozorovat sluneční korónu bez čekání na zatmění Slunce a zároveň objevil stejnou žlutou čáru v jejím spektru. Neznámý prvek, který jej vyzařoval, nazval helium, tedy sluneční prvek.

Oba vědci napsali dopisy o svém objevu Francouzské akademii věd, oba dopisy dorazily ve stejnou dobu a byly přečteny na schůzi Akademie 26. října 1868. Tato náhoda akademiky zasáhla a rozhodli se vyřadit jeden; památník na počest této události. zlatá medaile- na jedné straně je profil Jansena a Lockyera, na druhé - bůh Apollo na voze a nápis: "Analýza slunečních protuberancí."

Na Zemi bylo helium objeveno v roce 1895 Williamem Ramsayem v minerálech thoria.

Studie emisních a absorpčních spekter umožňují stanovit kvalitativní složení látky. Kvantitativní obsah prvku ve sloučenině je určen měřením jasu spektrálních čar.

Metoda stanovení kvalitativního a kvantitativního složení látky z jejího spektra se nazývá spektrální analýza. Při znalosti vlnových délek emitovaných různými párami je možné stanovit přítomnost určitých prvků hmoty. Tato metoda je velmi citlivá. Je možné detekovat prvek, jehož hmotnost nepřesahuje 10~10 g. Spektrální analýza hraje ve vědě velkou roli. S jeho pomocí bylo studováno složení hvězd.

Díky své komparativní jednoduchosti a univerzálnosti je spektrální analýza hlavní metodou sledování složení látky v metalurgii a strojírenství. Pomocí spektrální analýzy je určeno chemické složení rud a minerálů. Spektrální analýza může být provedena za použití jak absorpčních, tak emisních spekter. Složení komplexních směsí je analyzováno pomocí molekulového spektra.

IV. Posílení naučeného materiálu

- Čárová emisní spektra dávají vzniknout excitovaným atomům, které spolu neinteragují. Která tělesa mají čárové emisní spektrum? (Vysoce zředěné plyny a nenasycené páry.)

- Jaké spektrum produkují rozžhavené kovy a roztavený kov? (Solidní.)

- Jaké spektrum lze pozorovat pomocí spektroskopu z horkého vlákna elektrické lampy? (Solidní.)

- V jakém stavu agregace se v laboratořích spektrální analýzy zkoumají nějaké látky za účelem stanovení jejich elementárního složení? (V plynné formě.)

- Proč jsou v absorpčním spektru téhož chemického prvku tmavé čáry přesně umístěny v místech barevných čar čárového emisního spektra? (Atomy každého chemického prvku absorbují pouze ty paprsky spektra, které samy vyzařují.)

- Co je určeno absorpčními čarami slunečního spektra? (Chemické složení atmosféry Slunce.)

PROTI. Shrnutí lekce

Domácí úkol

§ 54. Otázky k sebeovládání z učebnice