Az egységes államvizsga-kódoló témakörei: vonalspektrumok.

Ha átengedi a napfényt üvegprizmán vagy diffrakciós rácson, megkapja a jól ismert folytonos spektrum(1. ábra) (Az 1., 2. és 3. ábrán látható képek a www.nanospectrum.ru webhelyről származnak):

Rizs. 1. Folyamatos spektrum

A spektrumot folytonosnak nevezik, mert tartalmazza a látható tartomány összes hullámhosszát - a vörös határtól az ibolya színig. Folyamatos spektrumot figyelünk meg egy szilárd sáv formájában, amely különböző színekből áll.

Nemcsak a napfénynek van folytonos spektruma, hanem például egy villanykörte fényének is. Általában kiderül, hogy minden szilárd és folyékony test (valamint nagyon sűrű gázok) melegszik magas hőmérséklet, folytonos spektrumú sugárzást állítanak elő.

A helyzet minőségileg megváltozik, ha megfigyeljük a ritkított gázok izzását. A spektrum megszűnik folytonosnak lenni: szakadások jelennek meg benne, amelyek a gáz ritkulásával nőnek. Egy rendkívül ritka atomgáz esetében a spektrum azzá válik uralkodott- különálló meglehetősen vékony vonalakból áll.

Kétféle vonalspektrumot fogunk figyelembe venni: az emissziós spektrumot és az abszorpciós spektrumot.

Emissziós spektrum

Tegyük fel, hogy a gáz a következőkből áll atomok néhány kémiai elemés annyira ritka, hogy az atomok alig lépnek kölcsönhatásba egymással. Egy ilyen (kellően magas hőmérsékletre felmelegített) gáz sugárzását spektrummá terjesztve hozzávetőleg a következő képet fogjuk látni (2. ábra):

Rizs. 2. Vonal emissziós spektrum

Ezt a vékony, elszigetelt többszínű vonalak által alkotott vonalspektrumot ún emissziós spektrum.

Bármely atomi ritkított gáz vonalspektrumú fényt bocsát ki. Ezenkívül minden egyes kémiai elem esetében az emissziós spektrum egyedinek bizonyul, és ennek az elemnek a „azonosító kártyája” szerepét tölti be. Az emissziós spektrum vonalak halmaza alapján egyértelműen meg tudjuk mondani, hogy melyik kémiai elemmel van dolgunk.

Mivel a gáz ritkább, és az atomok kevéssé kölcsönhatásba lépnek egymással, arra a következtetésre juthatunk, hogy a fényt atomok bocsátják ki. önmagukban. Így, egy atomot a kibocsátott fény hullámhosszainak diszkrét, szigorúan meghatározott halmaza jellemez. Minden kémiai elemnek megvan a maga halmaza, ahogy már mondtuk.

Abszorpciós spektrum

Az atomok fényt bocsátanak ki, amikor gerjesztett állapotból alapállapotba kerülnek. De az anyag nem csak kibocsátani, hanem elnyelni is képes a fényt. A fényt elnyelő atom fordított folyamaton megy keresztül - az alapállapotból a gerjesztett állapotba kerül.

Nézzünk ismét egy ritkított atomgázt, de ezúttal hideg állapotban (elég alacsony hőmérsékleten). Nem fogjuk látni a gáz izzását; Melegítés nélkül a gáz nem sugárzik ki - ehhez túl kevés atom van gerjesztett állapotban.

Ha folytonos spektrumú fényt engedünk át hideg gázunkon, valami ilyesmit láthatunk (3. ábra):

Rizs. 3. Vonalabszorpciós spektrum

A beeső fény folytonos spektrumának hátterében sötét vonalak jelennek meg, amelyek az ún abszorpciós spektrum. Honnan származnak ezek a sorok?

A beeső fény hatására a gázatomok gerjesztett állapotba kerülnek. Kiderült, hogy nem egy hullámhossz alkalmas atomok gerjesztésére, hanem csak néhány, egy adott gáztípusra szigorúan meghatározott. Pontosan ezeket a hullámhosszokat „veszi el” a gáz az elhaladó fénytől.

Ráadásul a gáz a folytonos spektrumból pontosan ugyanazokat a hullámhosszakat távolítja el, mint amennyit kibocsát! A gáz abszorpciós spektrumában lévő sötét vonalak pontosan megfelelnek az emissziós spektrumában lévő világos vonalaknak. ábrán. A 4. ábra a ritkított nátriumgőz emissziós és abszorpciós spektrumát hasonlítja össze (kép a www.nt.ntnu.no weboldalról):

Rizs. 4. Nátrium abszorpciós és emissziós spektruma

A sorok lenyűgöző egybeesése, nem?

Az emissziós és abszorpciós spektrumok vizsgálatával a 19. századi fizikusok arra a következtetésre jutottak, hogy az atom nem oszthatatlan részecske, és van valamilyen belső szerkezete. Valójában valaminek az atomban kell biztosítania a fényt kibocsátó és elnyelő mechanizmust!

Ezenkívül az atomspektrumok egyedisége arra utal, hogy ez a mechanizmus eltérő a különböző kémiai elemek atomjainál; ezért a különböző kémiai elemek atomjainak belső szerkezetükben különbözniük kell.

A következő oldal az atom szerkezetének lesz szentelve.

Spektrális elemzés

A vonalspektrumok használata a kémiai elemek egyedi „útleveleként” az alap spektrális elemzés- egy anyag kémiai összetételének spektruma alapján történő vizsgálatára szolgáló módszer.
A spektrális elemzés ötlete egyszerű: a vizsgált anyag emissziós spektrumát összehasonlítják a kémiai elemek standard spektrumával, majd következtetést vonnak le egy adott kémiai elem jelenlétéről vagy hiányáról ebben az anyagban. Bizonyos feltételek mellett a spektrális elemzés módszere meg tudja határozni kémiai összetétel nemcsak minőségileg, hanem mennyiségileg is.

A különböző spektrumok megfigyelésének eredményeként új kémiai elemeket fedeztek fel.

Ezen elemek közül az első a cézium és a rubídium volt; a színképükben lévő vonalak színéről kapták a nevüket (A cézium spektrumában két égkék színű vonal, amelyet latinul caesiusnak neveznek, a legkifejezettebb. A Rubidium két jellegzetes rubin színű vonalat hoz létre).

1868-ban olyan vonalakat fedeztek fel a Nap spektrumában, amelyek egyik ismert kémiai elemnek sem feleltek meg. Az új elemet elnevezték hélium(görögből helios- V). Ezt követően héliumot fedeztek fel a Föld légkörében.

A Nap és a csillagok sugárzásának spektrális elemzése általában azt mutatta, hogy az összetételükben szereplő összes elem jelen van a Földön. Így kiderült, hogy az Univerzum minden objektuma ugyanabból a „téglakészletből” van összeállítva.

A rész. Válassza ki a helyes választ:

A) Fénycső

B) TV képernyő

B) Infravörös lézer

D) Izzólámpa

A) Melegített szilárd anyagokhoz

B) Melegített folyadékokhoz

A) Melegített szilárd anyagokhoz

B) Melegített folyadékokhoz

D) Fűtött atomgázokhoz

B rész. Mindegyikre

A) Folyamatos spektrum

B) Vonalspektrum

B) Sávspektrum

D) Abszorpciós spektrumok

Fizika 11 teszt „Sugárzástípusok és spektrumok”

A rész. Válassza ki a helyes választ:

A1. Melyik test sugárzása termikus?

A) Fénycső

B) TV képernyő

B) Infravörös lézer

D) Izzólámpa

A2. Mely testekre jellemző a csíkos abszorpciós és emissziós spektrum?

A) Melegített szilárd anyagokhoz

B) Melegített folyadékokhoz

B) A fenti szervek bármelyikére

D) Fűtött atomgázokhoz

D) Ritkított molekuláris gázokhoz

A3. Mely testekre jellemző vonalabszorpciós és emissziós spektrum?

A) Melegített szilárd anyagokhoz

B) Melegített folyadékokhoz

B) Ritkított molekuláris gázokhoz

D) Fűtött atomgázokhoz

D) A fenti szervek bármelyikére

B rész. Mindegyikre jellemzők válassza ki a megfelelő spektrumtípust

1. A spektrumokat úgy kapjuk meg, hogy egy folytonos spektrumot létrehozó forrásból származó fényt olyan anyagon vezetünk át, amelynek atomjai gerjesztetlen állapotban vannak.
2. Különböző vagy azonos színű, különböző helyekkel rendelkező, egyedi vonalakból áll
3. Felmelegített szilárd és folyékony anyagokat, nagy nyomás alatt melegített gázokat bocsátanak ki.
4. Adjon meg olyan anyagokat, amelyek molekuláris állapotban vannak
5. Gázok és kis sűrűségű gőzök bocsátják ki atomi állapotban
6. Nagyszámú, egymáshoz közel elhelyezkedő sorból áll
7. Különböző anyagoknál azonosak, így nem használhatók egy anyag összetételének meghatározására
8. Ez egy adott anyag által elnyelt frekvenciák halmaza. Az anyag elnyeli a spektrum azon vonalait, amelyeket kibocsát, mivel fényforrás
9. Ezek egy adott tartomány összes hullámhosszát tartalmazó spektrumok.
10. Lehetővé teszi a fényforrás kémiai összetételének spektrumvonalak alapján történő megítélését

A) Folyamatos spektrum

Ez egy adott anyag által elnyelt frekvenciák halmaza. Egy anyag elnyeli az általa kibocsátott spektrumvonalakat, mivel fényforrásként az abszorpciós spektrumokat úgy kapják meg, hogy egy olyan forrásból származó fényt bocsátanak át, amely folytonos spektrumot hoz létre egy olyan anyagon, amelynek atomjai gerjesztetlen állapotban vannak.

Collection.edu.ru/dlrstore/9da42253-f b6-b37f-a7c9379ae49f/9_123.swf collection.edu.ru/dlrstore/9da42253-f b6-b37f-a7c9379ae49f-a7c9379ae49f/sw.fru 0c- 17e bed-8a5c19e34f0f/9_121.swf collection.edu.ru/dlrstore/9276d80c-17e bed-8a5c19e34f0f/9_121.swf Opera -

Látogassa meg nagyon nagy távcső egy meteor rövid felvillanása az égen szinte lehetetlen. 2002. május 12-én azonban a csillagászoknak szerencséjük volt – egy fényes meteor véletlenül pont oda repült, ahol a Paranal Obszervatórium spektrográfjának keskeny rése irányult. Ekkor a spektrográf a fényt vizsgálta.

Az anyag minőségi és mennyiségi összetételének spektrumából történő meghatározásának módszerét spektrális elemzésnek nevezzük. A spektrális elemzést széles körben alkalmazzák az ásványkutatásban az ércminták kémiai összetételének meghatározására. Az ötvözetek összetételének szabályozására szolgál kohászati ​​ipar. Ennek alapján határozták meg a csillagok kémiai összetételét stb.

Egy spektroszkópban a vizsgált 1 forrásból származó fényt a 3 cső 2 rése felé irányítják, amelyet kollimátorcsőnek neveznek. A rés keskeny fénysugarat bocsát ki. A kollimátorcső második végén egy lencse található, amely a széttartó fénysugarat párhuzamos sugárrá alakítja. A kollimátorcsőből kilépő párhuzamos fénysugár a 4-es üvegprizma felületére esik. Mivel az üvegben lévő fény törésmutatója a hullámhossztól függ, a párhuzamos fénysugár, amely különböző hosszúságú hullámokból áll, párhuzamos nyalábokra bomlik. a fény különböző színek, sétálni különböző irányokba. Az 5 távcsőlencse minden párhuzamos sugarat fókuszál, és minden színben képet ad a résről. A rés többszínű képei többszínű sávspektrumot alkotnak.

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

A spektrum egy nagyítóként használt okuláron keresztül figyelhető meg. Ha egy spektrumról fényképet kell készíteni, akkor egy fényképező filmet vagy fényképezőlapot kell elhelyezni arra a helyre, ahol a spektrum tényleges képét megkapják. A spektrumok felvételére szolgáló eszközt spektrográfnak nevezzük.

Az új NIFS spektrográf a Gemini North obszervatóriumba való küldésre készül (fotó az au weboldaláról)

Csak nitrogén (N) és kálium (K) csak magnézium (Mg) és nitrogén (N) nitrogén (N), magnézium (Mg) és egyéb ismeretlen anyagok magnézium (Mg), kálium (K) és nitrogén (N) Az ábrán látható ismeretlen gáz abszorpciós spektruma és ismert fémek gőzeinek abszorpciós spektruma. A spektrumok elemzése alapján megállapítható, hogy az ismeretlen gáz A B C D atomokat tartalmaz

HIDROGÉN (H), HÉLIUM (HE) ÉS NÁTRIUM (NA) NÁTRIUM (NA) ÉS HIDROGÉN (H) CSAK NÁTRIUM (NA) ÉS HÉLIUM (NEM) CSAK HIDROGÉN (H) ÉS HÉLIUM (NEM) Az ábra az abszorpciós spektrumot mutatja az ismeretlen gázok és az ismert gázok atomjainak abszorpciós spektruma. A spektrumok elemzése alapján megállapítható, hogy az ismeretlen gáz atomokat tartalmaz: A B C D

Háromféle emissziós spektrum létezik: vonalas, csíkos és folytonos. A vonalspektrumokat olyan esetekben figyeljük meg, amikor egyes atomok vagy ionok bocsátanak ki. Számos, egy adott anyagra jellemző vonalból állnak, amelyeket sötét szóközök választanak el. Minden vonal egy meghatározott hullámhossznak felel meg, amelyet monokromatikusnak neveznek. A vonalspektrumok az atom belsejében előforduló jelenségeket jellemzik.

A sávos spektrumokat a molekulák bocsátják ki. A sáv egymáshoz közel elhelyezkedő spektrumvonalak sorozata. A csíkos spektrumok kibocsátása a molekula energiaállapotainak komplikációját jelzi egy izolált atom állapotához képest, az alkotó atommagok rezgési és forgási mozgása miatt.

A szilárd anyagok folytonos spektrumokat bocsátanak ki. E spektrumok folytonos jellege a szilárd anyagot alkotó részecskék erős kölcsönhatásának következménye.

A vonalspektrum típusa a megfelelő kémiai elem atomjának szerkezetétől függ, ezért minden kémiai elemnek szigorúan meghatározott vonalspektruma van, amelyek mind a vonalak számában, mind a hullámhosszukban különböznek egymástól. A legegyszerűbb vonalspektrumot a legegyszerűbb szerkezetű hidrogénatom hozza létre. Az ebben a spektrumban rejlő minták magyarázatának keresése vezetett az atom kvantummechanikai elméletének megalkotásához.

Először is meg kell jegyezni, hogy bármely atom emissziós spektrumában a vonalak, beleértve a hidrogénatomot is, nem véletlenszerűen helyezkednek el, hanem sorozatoknak nevezett csoportokba kombinálhatók. Ezekben a sorozatokban a vonalak elrendezése bizonyos mintáktól függ. A hidrogénatom spektrumának látható részében ez a Balmer sorozat, az ultraibolya - Lyman sorozat, a közeli infravörösben - a Paschen sorozat stb. Az egyes sorozatok vonalainak l hullámhosszára vonatkozó, kísérletileg talált képlet a következő:

Ezt általánosított Balmer-képletnek hívják. Ebben a képletben R = 1,097 × 10 7 m -1- Rydberg állandó, nÉs m egész számok. Adottnak n szám m elfogadja az összes egész értéket, kezdve n+1. Ha n=1 az (1) képlet leírja a Lyman sorozatot, n=2 Balmer sorozat, n=3- Paschen sorozat.

Ennek a képletnek a fizikai jelentése a hidrogénatom és a hidrogénszerű atomok szerkezetének elméletéből következik, amelyet Bohr alkotott meg Planck kvantumhipotézise és a Rutherford atom klasszikus planetáris modellje alapján. Bohr kifejtette az általa kidolgozott elmélet főbb rendelkezéseit.

Az első posztulátum: egy atomban számos diszkrét álló állapot van, amelyek megfelelnek az atom energiájának bizonyos értékeinek: E 1, E 2, E 3,… Álló állapotban az atom nem bocsát ki és nem vesz fel energiát.

A második posztulátum: az energia kibocsátása és elnyelése az egyik álló állapotból a másikba való átmenet során történik. Ebben az esetben egy kvantum energia bocsát ki vagy nyel el hn, egyenlő két álló állapot közötti energiakülönbséggel:

hn = E m - E n (2)

Ahol h- Planck állandó. A (2) kifejezés határozza meg az atom által kibocsátott vagy elnyelt monokromatikus sugárzás n frekvenciáját az m állapotból az n állapotba való átmenet során (Bohr-frekvenciás feltétel).

A diszkrét stacionárius állapotokat Bohr elméletében egy speciális pályák kvantálási szabállyal választották ki, amelyet a következőképpen fogalmaztak meg: a klasszikus mechanika szerint lehetséges pályák közül csak azok valósulnak meg, amelyekben az elektron impulzusimpulzusa többszöröse az értéknek ( harmadik posztulátum):

A (3) képletben m– elektrontömeg; Vn- elektron sebesség per nálló pálya; r n- ennek a pályának a sugara; n- egész szám: 1, 2, 3, ....

Bohr nyomán vegyünk egy atomi rendszert, amely egy Ze töltésű magból és egy töltésű elektronból áll. e.

at Z= Az 1. ábrán egy ilyen rendszer egy hidrogénatomnak felel meg, míg a többi Z - egy hidrogénszerű atom, azaz. egy Z rendszámú atom, amelyből egy kivételével az összes elektront eltávolították. A számítások egyszerűsítése érdekében feltételezzük, hogy az elektron körpályán forog, és az atommag tömege az elektron tömegéhez képest végtelenül nagy, az atommag pedig mozdulatlan.

Az elektront az n-edik stacionárius pályán tartó centripetális erőt az atommaghoz ható Coulomb-vonzás ereje hozza létre.

Innen: , (4)

azok. Amikor egy elektron a pályáján mozog, a kinetikus energiája és a potenciális energiája összefügg a relációval 2T = -U (5)

Ha a (4) egyenletet elosztjuk a (3) egyenlettel, megkapjuk az elektron sebességének kifejezését n-edik álló pálya

Az n-edik álló pályán lévő elektron teljes energiája (E) kinetikai és potenciális energiákból áll, és az (5) képlet figyelembevételével egyenlő:

A (6) sebesség értékét ebbe a képletbe behelyettesítve a következő kifejezést kapjuk az atom állóállapotainak energiáira:

Amikor egy elektron az m pályáról az n pályára mozog, a (3) képletnek megfelelően energiakvantum bocsát ki.

Innen ered a spektrumvonal frekvenciája

A spektroszkópiában általában hullámszámokat használnak. Majd

Hidrogén esetén (Z = 1) a (7) képlet a következőképpen alakul:

és egybeesik az általánosított Balmer-képlettel (1), amelyet empirikusan a hidrogénatom spektrumvonalainak hullámszámaira találtak. Az (1) és (8) képletből az következik

Ez az érték egybeesik a Rydberg-állandó kísérletileg meghatározott értékével.

Az 1. ábra a hidrogénatom energiaszintjeit és három spektrális vonalát mutatja be.

Átmenetek innen magasabb szinteket n = 1 szintre az ultraibolya Lyman-sor (I) sugárzásának felel meg, amelyre a (8) képletből kapjuk:

ahol m = 2, 3, 4, ...

A magasabb szintekről az n = 2 szintre történő átmenetek a látható Balmer sorozatból származó sugárzásnak felelnek meg (II):

ahol m = 3, 4, 5, ...

A magasabb szintekről az n = 3 szintre történő átmenetek megfelelnek az infravörös Paschen sorozat (III) sugárzásának:

ahol m = 4, 5, 6, .…

Amikor egy atom elnyeli a fényt, az elektronok az alacsonyabb szintekről a magasabbak felé mozognak. Ebben az esetben az atom az alapállapotból a gerjesztett állapotba kerül.

Bohr elméletét belső logikai következetlenség jellemezte, így nem válhatott az atomi jelenségek következetes teljes elméletévé. Jelenleg az atomok és molekulák spektrumait a kvantummechanika keretein belül magyarázzák.

A mikrorészecskék állapotának leírásának megközelítése a kvantummechanikában alapvetően eltér a klasszikustól. Nem teszi lehetővé, hogy egyértelműen meghatározzuk a részecske helyzetét a térben és pályáját, ahogyan azt a klasszikus mechanikában teszik, mivel a mikrovilágban ezek a fogalmak elvesztik értelmüket, csak megjósolja: milyen valószínűséggel detektálható ez a részecske különböző pontokon. pontok a térben. Ezért a kvantummechanika statisztikai jellegű.

A kvantummechanika matematikai apparátusának alapja az az állítás, hogy a rendszer állapotának leírását a koordináták és az Y idő bizonyos függvénye végzi, amely ezt az állapotot jellemzi. Ezt a függvényt hullámfüggvénynek nevezzük. Nem magának a hullámfüggvénynek van fizikai jelentése, hanem a modulusának négyzetének, amely meghatározza, hogy dw mekkora valószínűséggel észlel egy tárgyat (mikrorészecskét) egy dV térfogatelemben. Ha az Y-függvény normalizálva van, akkor dw = |Y| 2 dV (9)

Nézzük meg a hullámfüggvény tulajdonságait. Tekintettel az |Y| fizikai jelentéséről fentebb elmondottakra 2 hullámfüggvény, Y legyen:

1. végleges, mert a valószínűség nem lehet nagyobb egynél;

2. egyértelmű;

3. folyamatos, mert a valószínűség nem változhat hirtelen.

Tehát egy rendszer állapotának kvantummechanikában való leírásához ismerni kell ennek a rendszernek a hullámfüggvényét. Ez a Schrödinger-egyenletből származik, amely a nem relativisztikus kvantummechanika alapegyenlete. Ez az egyenlet nem származtatott, hanem általános megfontolások alapján feltételezhető. Érvényességét a belőle nyert elméleti eredmények és a kísérleti tények egybeesése bizonyítja. IN általános eset A Schrödinger-egyenletnek a következő alakja van:

Itt m- részecske tömeg, U- a koordináták és az idő függvénye, megegyezik az ellentétes előjellel vett erőtér potenciállal, én- képzeletbeli egység, - Laplace operátor, .

Ha az erőtér, amelyben a részecske található, stacioner (nem függ az időtől), akkor a potenciál U nem függ az időtől, és felveszi a szóban forgó részecske potenciális energiájának jelentését egy külső erőtérben. Ebben az esetben Y két függvény szorzataként ábrázolható, amelyek közül az egyik csak a koordinátáktól, a másik pedig csak az időtől függ.

Itt E- a részecske összenergiája, amely stacioner mező esetén időben nem változik.

Miután ezt a kifejezést behelyettesítette a függvény (10) egyenletébe y(x,y,z) a következő egyenletet kapjuk:

amelyet az álló állapotok Schrödinger-egyenletének neveznek.

Tekintsük a hidrogénatomot a kvantummechanika szemszögéből. Helyettesítsük be a magmezőben lévő elektron potenciális energiájának értékét a stacionárius Schrödinger-egyenletbe:

A (11) egyenlet ebben az esetben a következőképpen alakul:

Mivel a hidrogénatom atommagjának tere gömbszimmetrikus, akkor adott egyenlet gömbkoordináta-rendszerben célszerű megoldani (r, j, Q). A megoldást a változók szétválasztásának módszerével hajtjuk végre, a hullámfüggvényt két függvény szorzataként ábrázolva, amelyek közül az egyik csak a r, a második pedig csak szögkoordinátákból j, Q.

y(r,Q,j) = R(r)×Y(Q,j)

Ezzel az ábrázolással annak a valószínűsége, hogy egy részecske koordinátaértékei a következő tartományban vannak r hogy r+dr a négyzet határozza meg |rR| 2.

A (12) Schrödinger-egyenlet megoldása a következő fő eredményekhez vezet.

1. A hidrogénelektronnak diszkrét energiaspektruma van. Sajátértékek Az energiákat a következő kifejezés határozza meg:

Ahol n- főkvantumszám, bármilyen pozitív egész értékkel ( n = 1, 2, 3, ...).

2. Elektron keringési szögimpulzusa L csak a következőt tudja elfogadni diszkrét sorozatértékek:

Ahol l- orbitális (azimutális) kvantumszám. Bármely értéket felvehet a következők közül: l= 0, 1, 2, 3, ..., (n-1) - csak n érték. Állapot -val l= 0-t általában s - állapotnak nevezik, azzal l = 1 – r- állapot, c l= 2 – d-állapot, vele l = 3 – f- állapot, stb.

3. A pálya szögimpulzusa a térben (z) egy fizikailag kiválasztott irányhoz képest csak úgy orientálható, hogy erre az irányra vetülete többszöröse, ezért

m- mágneses kvantumszámnak nevezik. A következő értékeket veheti fel:

m=0, ±1, ±2, … , ± l– összesen (2 l+ 1) értékek.

Így az elektron állapotát a hidrogénatomban három kvantumszám határozza meg - a fő n, amely meghatározza az állapot energiáját E n; azimutális l, amely az elektron szögimpulzusát jellemzi L, és mágneses m, amely meghatározza a tájolást L a kiválasztott térirányhoz képest. Az állapotokat saját hullámfüggvényeik írják le Yn, l, m amelyek a (18) Schrödinger-egyenlet megoldásai.

A Schrödinger-egyenlet nem relativisztikus. A relativisztikus hatások figyelembevétele (Dirac-egyenlet) az elektron saját szögimpulzusának – a kvantumszám által meghatározott spin – létezéséhez vezet. s, egyenlő 1/2:

A spin kivetítése a kiválasztott z irányra 2s + 1= 2 lehet különböző jelentések:

ahol az elektron spin vetületének kvantumszáma. A spint figyelembe véve az atomban lévő elektron állapotát négy kvantumszám jellemzi: kvantumszámokig n, l, m spin kvantumszámot kell hozzáadni m s.

Vegye figyelembe, hogy diszkrét fizikai mennyiségek, ami az atomvilág jelenségeire jellemző, a kvantummechanikában természetesen a Schrödinger (Dirac) egyenlet megoldásából következik, míg Bohr elméletében a felhasználásával kellett bevezetni. további feltételek lényegében nem klasszikus jellegű.

27.02.2014 28264 0

Cél: mutatják be a spektrális elemzés gyakorlati jelentőségét.A tanulók ösztönzése a mentális tevékenység során felmerülő nehézségek leküzdésére, a fizika iránti érdeklődés felkeltésére.

Az óra előrehaladása

ÉN.Szervezési pillanat

II.Házi feladat ellenőrzése.

IN Mi a Thomson-modell lényege?

- Rajzolja le és magyarázza el Rutherford alfa-részecskék szóródási kísérletének diagramját! Mit látunk ebben az élményben?

- Magyarázza meg az alfa-részecskék anyagatomok általi szórásának okát?

- Mi a lényege az atom bolygómodelljének?

III. Új anyagok tanulása

A „spektrum” szót Newton vezette be a fizikába, aki felhasználta tudományos munkáiban. A klasszikus latinból lefordítva a „spektrum” szó „szellemet”, „öntvényt” jelent, ami meglehetősen pontosan tükrözi a jelenség lényegét - az ünnepi szivárvány megjelenését, amikor a színtelen napfény áthalad egy átlátszó prizmán.

Nem minden forrás állít elő szigorúan meghatározott hullámhosszúságú fényt. A sugárzás frekvencia eloszlását a sugárzás intenzitásának spektrális sűrűsége jellemzi.

A spektrumok típusai

Emissziós spektrumok

Az anyag sugárzásában található frekvenciák (vagy hullámhosszak) halmazát emissziós spektrumnak nevezzük. Három típusban vannak.

Szilárdegy spektrum, amely egy bizonyos tartomány összes hullámhosszát tartalmazza a vöröstől a színig y k= 7,6 10 7 és liláig

y f= 4-10 11 m Folytonos spektrumot bocsátanak ki felmelegített szilárd és folyékony anyagok, nagy nyomás alatt melegített gázok.

Szabályozott -Ez a gázok és kis sűrűségű gőzök által kibocsátott spektrum atomi állapotban. Különböző vagy azonos színű, különböző helyekkel rendelkező, egyedi vonalakból áll. Minden atom bizonyos frekvenciájú elektromágneses hullámokat bocsát ki. Ezért minden kémiai elemnek megvan a maga spektruma.

csíkos -Ez az a spektrum, amelyet egy gáz molekuláris állapotában bocsát ki.

A vonal- és sávspektrumokat anyag melegítésével vagy elektromos áram átengedésével kaphatjuk meg.

Abszorpciós spektrumok

Az abszorpciós spektrumokat úgy kapjuk meg, hogy egy folytonos spektrumot előállító forrásból származó fényt olyan anyagon vezetünk át, amelynek atomjai gerjesztetlen állapotban vannak.

Abszorpciós spektrum - ez egy adott anyag által elnyelt frekvenciák halmaza. A Kirchhoff-törvény szerint egy anyag elnyeli a spektrum azon vonalait, amelyeket fényforrásként bocsát ki.

A spektrális elemzés felfedezése még a tudománytól távol eső közvéleményben is élénk érdeklődést váltott ki, ami akkoriban nem túl gyakran történt. Mint mindig ilyen esetekben, a tétlen amatőrök sok más tudóst találtak, akik állítólag mindent megtettek jóval Kirchhoff és Bunsen előtt. Sok elődjükkel ellentétben Kirchhoff és Bunsen azonnal megértették felfedezésük jelentőségét.

Most először értették meg világosan (és erről másokat is meggyőztek), hogy a spektrumvonalak egy anyag atomjainak jellemzői.

Kirchhoff és Bunsen 1868. augusztus 18-i felfedezése után Pierre-Jules-Cesar Jansen (1824-1907) francia csillagász egy indiai napfogyatkozás során egy ismeretlen természetű sárga vonalat észlelt a napkorona spektrumában. Két hónappal később Joseph Norman Lockyer (1836-1920) angol fizikus megtanulta megfigyelni a napkoronát anélkül, hogy megvárta volna a napfogyatkozást, és ezzel egy időben felfedezte a spektrumában ugyanazt a sárga vonalat. Az azt kibocsátó ismeretlen elemet héliumnak, azaz napelemnek nevezte.

Mindkét tudós levelet írt a felfedezésükről a Francia Tudományos Akadémiának, és mindkét levél egy időben érkezett, és az Akadémia 1868. október 26-i ülésén olvasták fel őket. ennek az eseménynek a tiszteletére. aranyérem- az egyik oldalon Jansen és Lockyer profilja, a másikon Apollón isten egy szekéren és a „Szoláris kiemelkedések elemzése” felirat.

A Földön a héliumot 1895-ben William Ramsay fedezte fel tórium ásványokban.

Az emissziós és abszorpciós spektrumok vizsgálata lehetővé teszi az anyag minőségi összetételének megállapítását. Egy vegyületben lévő elem mennyiségi tartalmát a spektrumvonalak fényességének mérésével határozzuk meg.

Az anyag minőségi és mennyiségi összetételének spektrumából történő meghatározásának módszerét spektrális elemzésnek nevezzük. A különféle gőzök által kibocsátott hullámhosszak ismeretében meg lehet állapítani bizonyos anyagelemek jelenlétét. Ez a módszer nagyon érzékeny. Lehetséges olyan elem kimutatása, amelynek tömege nem haladja meg a 10-10 g-ot. Segítségével a csillagok összetételét tanulmányozták.

Összehasonlító egyszerűsége és sokoldalúsága miatt a spektrális elemzés a fő módszer az anyag összetételének nyomon követésére a kohászatban és a gépészetben. Spektrális elemzéssel meghatározzák az ércek és ásványok kémiai összetételét. A spektrális analízis elvégezhető abszorpciós és emissziós spektrumok használatával is. A komplex keverékek összetételét molekulaspektrum segítségével elemzik.

IV. A tanult anyag megerősítése

- A vonalemissziós spektrumok gerjesztett atomokat eredményeznek, amelyek nem lépnek kölcsönhatásba egymással. Mely testeknek van vonalemissziós spektruma? (Erősen ritka gázok és telítetlen gőzök.)

- Milyen spektrumot állítanak elő a fehéren izzó fémek és az olvadt fémek? (Szilárd.)

- Milyen spektrumot lehet megfigyelni egy elektromos lámpa vörösen izzó tekercséből spektroszkóppal? (Szilárd.)

- Milyen aggregált állapotban vizsgálják az anyagokat a spektrális elemző laboratóriumokban az elemi összetétel meghatározására? (Gáznemű formában.)

- Ugyanazon kémiai elem abszorpciós spektrumában miért helyezkednek el a sötét vonalak pontosan a vonalemissziós spektrum színes vonalainak helyén? (Az egyes kémiai elemek atomjai csak a spektrum azon sugarait nyeli el, amelyeket maguk bocsátanak ki.)

- Mit határoznak meg a napspektrum abszorpciós vonalai? (A Nap légkörének kémiai összetétele.)

V. Összegezve a tanulságot

Házi feladat

54. § Önellenőrzési kérdések a tankönyvből