Den emisjon og absorpsjon av lys av atomer. Opprinnelsen til linjespektra

Denne artikkelen inneholder de grunnleggende begreper nødvendig for å forstå hvordan den emisjon og absorpsjon av lys av atomer. Det er også beskrevet anvendelse av disse fenomenene.

Smartphone og fysikk

Mannen som ble født etter 1990, kan livet hans uten en rekke elektroniske enheter ikke gir. Smarttelefonen ikke bare erstatter telefonen, men også gjør det mulig å overvåke valutakurser, til behandling, til å ringe en taxi og selv svarer med astronautene om bord i ISS, gjennom sin søknad. Henholdsvis, og oppfattes av alle de digitale assistenter som en selvfølge. Utslipp og absorpsjon av lys av atomer som gjør og har gjort det mulig å æra av å redusere alle typer enheter, slik at leserne vil virke kjedelig tema i fysikk timene. Men denne grenen av fysikken mye interessant og spennende.

Teoretisk bakgrunn for åpning av spektrene

Det er et ordtak: "Den nysgjerrighet før et fall" Men dette uttrykket heller det faktum at feil forhold er bedre å ikke forstyrre. Hvis imidlertid vise nysgjerrighet overfor verden, vil ingenting galt ikke skje. På slutten av det nittende århundre, begynte folk å forstå innholdet i magnetismen (som er godt dokumentert i systemet av Maxwells ligninger). Det neste spørsmålet, som ville tillate forskere, ble strukturen i saken. Det er nødvendig å umiddelbart klargjøre: for vitenskapen er ikke veldig verdifull emisjon og absorpsjon av lys av atomer. Linjespektra - er en konsekvens av dette fenomenet og grunnlaget for studiet av strukturen i saken.

Strukturen av atomet

Forskere i antikkens Hellas tyder på at marmor består av flere deler av udelelige "atomer". Og før slutten av det nittende århundre, folk trodde det var de minste partiklene av materie. Men erfaringen av Rutherford på spredning av tunge partikler på gullfolie har vist at den atom har også en indre struktur. Heavy kjerne ligger i sentrum og positivt ladede, lette negative elektroner spinner rundt ham.

Paradokser atomer i den Maxwell teori

Disse funn har gitt opphav til flere paradokser: i henhold til Maxwells ligninger, avgir noen bevegelige ladet partikkel et elektromagnetisk felt, og derfor taper energi. Hvorfor da elektronene ikke faller inn i kjernen, og fortsetter å rotere? Det var heller ikke klart hvorfor hvert atom absorberer eller emitterer fotoner av en viss bølgelengde. Bohrs teori gjorde det mulig å kurere defekter ved å skrive inn orbitaler. I henhold til prinsippene for denne teori, kan elektroner rundt kjernen være bare på disse orbitaler. Overgangen mellom de to nabolandene er ledsaget enten ved utslipp eller absorpsjon av et foton med en viss energi. Den emisjon og absorpsjon av lys av atomer er nettopp på grunn av denne.

bølgelengde, frekvens, energi

For en mer fullstendig bilde må du snakke litt om fotoner. Dette er elementærpartikler som ikke har noen hvile masse. De eksisterer bare så lenge beveger seg gjennom miljøet. Men vekten har fortsatt: slående overflaten, de sender det en impuls som ville ha vært umulig uten masse. Bare mye av det omdannes til energi, noe som gjør stoffet som de treffer, og de blir absorbert, litt varmere. Bohrs teori forklarer ikke dette faktum. Egenskapene til fotonet og funksjonene i sin oppførsel er beskrevet av quantum fysikk. Så foton - både bølge og partikkel med masse. Photon, og som en bølge har følgende egenskaper: en lengde (λ), en frekvens (ν), energi (E). Jo lengre bølgelengde den lavere frekvensen er, og jo lavere energi.

Spekteret av et atom

Atom spektrum er utformet i flere trinn.

1. Elektroniske brytere i atom, med orbital 2 (med høyere energi) på den orbitale 1 (med lav energi mindre).
2. Viss mengde energi frigjøres, som er utformet som en lyskvant (hν).
3. Dette foton blir sendt inn i den omgivende rom.

Dermed er det oppnådd og linjespektrum atom. Hvorfor heter det på den måten, forklarer hans skikkelse når spesielle enheter "fange" de utgående fotoner av lys på en opptaksenhet fast antall linjer. For å separere fotoner av ulike bølgelengder, som brukes av diffraksjon fenomen bølger med forskjellige frekvenser har forskjellig brytningsindeks, dermed en mer avbøyd enn den andre.

Egenskaper av materialer og spektra

Den linjespektrum av stoffet er unik for hver type atomer. Det vil si, i utslipp av hydrogen vil gi et sett av linjer og gull - annen. Dette faktum er grunnlaget for anvendelse av spektroskopi. Etter å ha oppnådd den spektrum noe, kan man forstå hva som er i stoff, i dets atomer anordnet i forhold til hverandre. Denne metoden gjør det mulig å definere og ulike egenskapene til materialer, som ofte bruker kjemi og fysikk. Absorpsjon og emisjon av lys av atomer - en av de mest vanlige verktøy for studiet av omverdenen.

Ulempene emisjonsspektra

Opp til dette punktet sier mer om hvordan atomene avgir. Men vanligvis, alle elektronene er i orbitaler i sin likevekt tilstand, har de ingen grunn til å flytte til andre stater. Stoffet er noe forkastet, må det først absorbere energien. Denne mangelen på en metode som utnytter absorpsjon og emisjon av lys atom. Kort si at den første saken for varme eller lys, før vi får spekteret. Problemer oppstår ikke hvis en forsker studere stjernene, og så de skinner gjennom sine egne interne prosesser. Men hvis du ønsker å studere et stykke malm eller matvare, for å få spekteret det er faktisk nødvendig å brenne. Denne metoden er ikke alltid tilfelle.

absorpsjonsspektra

Emisjon og absorpsjon av lys av atomer som en metode "arbeider" på de to sidene. Du kan skinne et lys på stoff bredbånd (dvs. en der det er fotoner med forskjellige bølgelengder), og deretter se hva bølgelengder absorbere. Men denne metode er ikke alltid egnet, være sikker på at materialet er gjennomsiktig for den ønskede del av det elektromagnetiske skala.

Kvalitativ og kvantitativ analyse

Det ble klart at spektra unik for hvert stoff. Leseren kan konkludere med at denne analysen er kun brukt til å bestemme det materialet som den er laget. Imidlertid er det mulig spekter mye bredere. antall av atomer i forbindelsen kan innstilles ved hjelp av spesielle teknikker bredde undersøkelse og gjenkjennelse og intensiteten av de resulterende linjer. Videre kan denne indikatoren uttrykkes i forskjellige enheter:

• prosentandel (for eksempel, inneholder denne legering 1% alumina);
• mol (oppløst i denne væsken 3 mol natriumklorid);
• i gram (som er tilstede i prøven av 0,2 g uran og thorium 0,4 g).

Noen ganger analysen er blandet: både kvalitativt og kvantitativt. Men mens fysikere lagret posisjon av linjene, og evaluert sin skygge ved hjelp av spesialbord, men nå er det alle gjør programmet.

Bruken av spektret

Vi har allerede diskutert i detalj, hvilken utslipp og absorpsjon av lys av atomer. Spektralanalyse brukes svært mye. Det er ingen område av menneskelig aktivitet, ble uansett hvor vi vurderer fenomenet brukt. Her er noen av dem:

1. I begynnelsen av denne artikkelen, vi snakket om smartphones. Silisium halvlederelementer er blitt så liten, blant annet gjennom forsknings- krystaller ved hjelp av spektralanalyse.
2. Hvis noen hendelse det er det unike ved elektronet skallet av hvert atom avgjør hva slags kule skutt først, hvorfor bilen brøt sammen rammeverket eller tårnkran, samt noen forgifte forgiftet mennesker og hvor mye tid han brukte i vannet.
3. Legemiddel som brukes for spektralanalyse til sin fordel oftest i forhold til kroppsvæsker, men det hender at denne metoden er anvendt på vevene.
4. Fjerne galakser, kosmiske skyer av gass, planeter foran stjernene - alt dette er studert av lys og dets nedbrytnings inn spektra. Forskere kjenner sammensetningen av disse gjenstander, deres hastighet, og de prosesser som skjer i dem på grunn av det faktum at de kan fange opp og analysere fotonene de avgir eller absorberer.

elektro~~POS=TRUNC skala

Mest av alt, vi betaler oppmerksomhet til synlig lys. Men på den elektromagnetiske skalaen dette segmentet er svært liten. Det faktum at det menneskelige øyet ikke løser mye bredere syv fargene i regnbuen. Kan avgi og oppta ikke bare synlig fotoner (λ = 380-780 nm), men også andre fotoner. Elektromagnetisk skala inkluderer:

1. Radiobølger (y = 100 kilometers) overføre informasjon over lange avstander. På grunn av den meget store bølgelengden, er deres energi meget lav. De er veldig lett absorberes.
2. Terahertz bølge (y = 1-0,1 millimeter) inntil nylig, var ikke lett tilgjengelig. Tidligere inkluderer deres rekkevidde radiobølger, men nå dette segmentet av den elektromagnetiske skalaen er allokert i en egen klasse.
3. Infrarød bølgelengde (X = 0,74-2000 ym) varmeoverføring. Brann, lys, sol avgir dem i overflod.

Synlig lys anmeldt vi, slik at flere detaljer om det ikke vil skrive.

Ultrafiolett bølgelengde (λ = 10-400 nm) dødelig for mennesker i overskudd, men deres ulempe er irreversibel. Vår sentrale stjerne gir mye ultrafiolett lys, og jordas atmosfære beholder det meste.

Røntgenstråler og gammastråling (X <10 nm) har et felles område, men forskjellig opprinnelse. For å oppnå dem, er det nødvendig å dispergere elektroner eller atomer til meget høye hastigheter. Laboratory mennesker er i stand til det, men i naturen av en slik kraft kun skje inne stjerner, eller kollisjoner av massive objekter. Et eksempel på den sistnevnte prosess kan tjene som supernovaeksplosjoner, absorpsjonen av stjernen ved et sort hull, møte mellom to galakser og galakser og massive skyer av gass.

Elektromagnetiske bølger av alle områder, nemlig deres evne til å slippes ut og absorbert av atomer, anvendes i menneskelig aktivitet. Uavhengig av det faktum at leseren har valgt (eller bare utvalgte) som hans livets stier, han absolutt ansikt med resultatene av spektrale studier. Selgeren har en moderne betalingsterminal fordi når forskeren studerte egenskapene til stoffene og skapte en microchip. Agrar befrukter feltene og samle høy avkastning er nå bare fordi når en geolog oppdaget i et stykke av fosfor malm. Hun bærer lyse klær bare med oppfinnelsen av vedvarende kjemiske fargestoffer.

Men hvis leseren ønsker å koble sitt liv med en verden av vitenskap, må du studere mye mer enn de grunnleggende begrepene prosessen med utslipp og absorpsjon av fotoner av lys i atomer.