Спектрален анализ: излъчване и поглъщане на светлина от атоми. Излъчване и поглъщане на светлина от атоми Поглъщане и излъчване на светлина от атом квантова енергия

Детско легло

Спектърът на излъчване или абсорбция е набор от вълни с определени честоти, които атом на дадено вещество излъчва или абсорбира. Непрекъснатите спектри излъчват всички вещества в твърдо или течно състояние. Линейните спектри излъчват всички вещества в атомно състояние. Както всеки човек има свои лични пръстови отпечатъци, така и атомът на дадено вещество има свой спектър, който е характерен само за него.

Билет № 2 3

Квантовите постулати на Бор. Излъчване и поглъщане на светлина от атоми. Спектрален анализ

План за реакция

1. Първи постулат. 2. Втори постулат. 3. Видове спектри.

Бор основава своята теория на два постулата. Първи постулат:атомната система може да бъде само в специални стационарни или квантови състояния, всяко от които има своя собствена енергия; В стационарно състояние атомът не излъчва.

Това означава, че един електрон (например във водороден атом) може да бъде в няколко добре дефинирани орбити. Всяка електронна орбита съответства на много специфична енергия.

Втори постулат:по време на прехода от едно стационарно състояние в друго се излъчва или поглъща квант електромагнитно излъчване.Енергията на един фотон е равна на разликата в енергиите на един атом в две състояния: hv = Е m Ε n; h = 6,62 · 10 -34 J s, където h Константа на Планк.

Когато един електрон се движи от близка орбита към по-далечна, атомната система абсорбира количество енергия. Когато един електрон се движи от по-далечна орбита към по-близка спрямо ядрото, атомната система излъчва енергиен квант.

Теорията на Бор направи възможно да се обясни съществуването на линейни спектри.

Емисионен спектър(или поглъщания) — Това е набор от вълни с определени честоти, които атом на дадено вещество излъчва (или поглъща).

Има спектри плътен, подплатени раирана.

Непрекъснати спектриизлъчват всички вещества в твърдо или течно състояние. Плътният спектър съдържа вълни от всички честоти на видимата светлина и следователно се появява като цветна лента с плавен преход от един цвят към друг в следния ред: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо и виолетово (всеки ловец иска да знае къде фазанът седи).

Линейни спектриизлъчват всички вещества в атомно състояние. Атомите на всички вещества излъчват набори от вълни с много специфични честоти, които са уникални за тях. Както всеки човек има свои лични отпечатъци, така и атомът на дадено вещество има свой спектър, характерен само за него. Линейните емисионни спектри изглеждат като цветни линии, разделени с интервали. Природата на линейните спектри се обяснява с факта, че атомите на определено вещество имат само свои собствени стационарни състояния със собствена характерна енергия и следователно свой собствен набор от двойки енергийни нива, които атомът може да промени, т.е. електрон в един атом може да се движи само от една специфична орбита към други, добре дефинирани орбити за дадено химично вещество.

Ивичести спектриизлъчвани от молекули. Ивичестите спектри изглеждат подобни на линейните спектри, само че вместо отделни линии се наблюдават отделни серии от линии, възприемани като отделни ленти.

Характерното е, че какъвто спектър се излъчва от тези атоми, същият се абсорбира, т.е. спектрите на излъчване според набора от излъчвани честоти съвпадат със спектрите на поглъщане. Тъй като атомите на различни вещества съответстват само натях спектри, тогава има начин да се определи химичният състав на дадено вещество чрез изследване на неговите спектри. Този метод се наричаспектрален анализ.Спектрален анализ се използва за определяне на химичния състав на изкопаеми руди по време на добив, за определяне на химичния състав на звезди, атмосфери, планети; е основният метод за наблюдение на състава на дадено вещество в металургията и машиностроенето.

Както и други произведения, които може да ви заинтересуват
10303.		Обществото е съвкупност от исторически установени форми на съвместна дейност на хората	13,85 KB
	Обществото е съвкупност от исторически установени форми на съвместна дейност на хората. В тесния смисъл на думата обществото може да се разглежда като специфично общество в единството на неговите общи, специални и индивидуални характеристики. Формирането на обществото е дълъг процес, продължил няколко...
10304.		Философията на Лудвиг Фойербах	12,67 KB
	Философията на Лудвиг Фойербах Въпреки факта, че класическата немска философия е получила своя най-пълен израз в идеалистичните философски системи, именно в този момент възниква една от най-мощните материалистични идеи на Лудвиг Фойербах. ул. Фойербах
10305.		Съвременна философия	12,45 KB
	Съвременната философия е изключително разнообразна. В същото време той има свои собствени центрове на привличане под формата на относително независими посоки или течения. Те също са много, но от гледна точка на най-общата картина можем да се ограничим до три: аналитични феноменологични и постм.
10306.		Ранна гръцка философия (Милетска и Елейска философски школи)	13,1 KB
	Ранна гръцка философия Милезийска и елейска философски школи Милетската школа е съществувала в Древна Гърция през 6 век. пр.н.е д. Представители на тази школа са били Талес Анаксимандър Анаксимен. Философите от милетската школа: говореха от материалистична позиция; заети
10307.		Философия на френското Просвещение	11,36 KB
	Във Франция философията е мощно социално и културно движение. Всички идеи на френските философи подготвиха пътя за Великата френска революция. Нека дадем пример с двама от най-ярките просветители на това време. Волтер, френски философ и педагог. Боро
10308.		Фихте Йохан немски философ и общественик	14,79 KB
	Фихте Йохан немски философ и общественик, представител на нем. класически идеализъм. Роден в селско семейство. Учи в Лайпцигския университет. Под влиянието на събитията от Великата френска революция Ф. пише произведение, посветено на защитата на свободата на мисълта. Следване
10309.		Фридрих Шелинг	11,72 KB
	Фридрих Шелинг се оказва своеобразно свързващо звено между философията на Кант и идеите на Фихте. В центъра на неговите философски размисли е задачата за изграждане на единна система от познание на истината в определени области. Всичко това е реализирано в неговата „натурфилософия”. Основен...
10310.		Формиране на стратегия за развитие на туристическа дестинация „Подолски Товтри”	2,55 MB
	Трудно е да се разбере „дестинация“, „екологична дестинация“, „стратегия“; Важна е теоретичната основа за формиране на стратегия за развитие на туристическа дестинация; Формулиране на система от оценъчни показатели за оценка на привлекателността на дестинацията; Извършване на цялостен анализ на туристическия потенциал на дестинацията Подилски Товтри; Важно е да промените мнението си за създаването на стратегия за развитие на дестинация "Подолски Товтри"...
10311.		елинистическа епоха	12,39 KB
	Елинизмът, обхващащ периода от завоеванията на Александър Велики до падането на Западната Римска империя, характеризира последващата антична философия. Запазил голяма част от античната класика, елинизмът по същество я завършва. Първоначалните принципи, заложени от великия...

Точните познания за химичния състав на веществото са необходими в много области на промишлената дейност. Протичането на химичните процеси зависи от чистотата на работния материал. Въпреки това чисти материали, лишени от всякакви примеси, практически никога не се срещат в природата. За изследване на химичния състав на работното вещество се изучават процесите на излъчване и поглъщане на светлина от атомите - спектрален анализ.

Този метод за изследване на природата на материята е открит в средата на 19 век и създава сензация. С негова помощ бяха постигнати редица важни постижения в областта на химията и физиката и бяха получени нови знания за химичните елементи. Анализът е много чувствителен и може да открие дори микроскопични примеси на чуждо вещество. Въпреки това, обхватът на спектралния анализ се простира много отвъд изследването на състава на веществата.

Какво е спектър?

Спектърът е явление, при което светлинен лъч, преминаващ през пречупващ обект (например призма), се разделя на няколко многоцветни лъча.

Атомите на всеки химичен елемент имат свой индивидуален спектър, различен от спектрите на другите елементи. Благодарение на тази уникалност е възможно да се определи химичният състав на дадено вещество. Изследването на спектрите на излъчване и абсорбция на светлина от атоми е в основата на спектралния анализ (спектроскопия).

Излъчването на атомите на веществото възниква само във възбудено състояние, когато те са изложени на някакъв източник на енергия. Получило енергия, веществото я връща под формата на радиация и се връща в нормалното си състояние. Получените данни за излъчването и поглъщането на светлина от атомите се обработват с помощта на специални спектрални устройства.

Видове радиация

Случва се:

1. Термичен. Когато тялото се нагрее, атомите ускоряват своето движение, което води до освобождаване на енергия. Когато се достигне определена концентрация на генерирана енергия, веществото започва да излъчва светлина.
2. Електрическо поле може да се използва за излъчване и абсорбиране на светлина от атоми. В този случай енергията на излъчване се нарича електролуминесценция.
3. Хемилуминесценция. Това явление възниква при някои химични реакции, когато температурата на веществото остава нормална и възниква радиация поради взаимодействие с друго вещество.
4. Фотолуминесценция. Това се случва, когато самите атоми започват да излъчват светлина под въздействието на друг източник на радиация.

Видове спектроскопия

За изследване на процесите на абсорбция и излъчване на светлина от атоми се използват различни методи за спектрален анализ:

1. Емисия.
2. Абсорбция.
3. Луминесцентни.
4. Рентгенов.
5. Радиоспектроскопски.
6. Спектрофотометрични и др.

Най-разпространените методи за спектроскопия са емисия, абсорбция и луминесценция.

При емисионния метод за анализ веществото трябва да се преведе в газообразно състояние. Когато е изложено на високи температури, веществото се разпада на атоми. В този случай естеството на излъчване на веществото става критерий за определяне на химичния състав. Процесът се изучава с помощта на спектрални устройства, които анализират вида на вълната.

Методът на абсорбция се използва за изследване не на излъчването, а на абсорбцията на светлина от атомите. В зависимост от естеството на елемента, естеството на поглъщане на енергия от веществото ще бъде индивидуално във всеки случай.

С луминесцентния метод веществото се възбужда с помощта на инфрачервени или ултравиолетови лъчи.

Приложение на спектралния анализ

Спектроскопията донесе на света много ценни открития в различни области на знанието.

Чрез спектрален анализ са открити много химични елементи: цезий, хелий, рубидий и др. Основният цвят на техните спектри често дава основание за името (например "рубидий" - "тъмночервен").

Спектроскопията се използва широко в промишлеността, по-специално в машиностроенето и металургията. Спектралният анализ помага да се определи най-точно съставът на минерала, което ви позволява да получите най-чистото вещество за производство.

Открито е необичайно приложение на анализа в областта на криминалистиката, по-специално за определяне на автентичността или фалшивостта на документ.

Значението на спектралния анализ за астрофизиката

Най-ценната информация за процесите на излъчване и поглъщане на светлина от атомите идва от астрофизиката и изследването на космоса.

Само чрез спектрален анализ беше възможно да се установи химичният състав на небесните обекти, например Слънцето и звездите. Спектроскопията показа, че звездите съдържат същите елементи като на Земята. Фотосферите на небесните тела не са нищо повече от непрекъснат спектър.

Не само химичният състав на звездите е открит благодарение на спектралния анализ. Този метод направи възможно изследването на жизнения цикъл на една звезда. Всеки от тях получи своето място в спектралния клас въз основа на своя размер и температура на излъчване.

Спектралният анализ позволи да се получи представа за космическите измерения и разстояния, скоростта на движещи се космически обекти и тяхното въртене. Ефектът на Доплер допълва и разкрива същността на изследванията, извършвани с помощта на спектроскопия.

По този начин повечето съвременни астрономически изследвания се основават на данни от спектрален анализ.

Лазери, излъчване и поглъщане на светлина от атоми в спектри

Лазер (квантов генератор) е източник на радиация. При него излъчването на енергия от възбудени атоми се осъществява под въздействието на външен стимул. Лазерните спектри се образуват от излъчването на светлина от атомите, а не от нейното поглъщане. Лазерният лъч е кохерентен: лъчите вървят успоредно и практически не се разминават, независимо от разстоянието до източника на лъчение. Лазерите се използват широко в различни области на знанието, по-специално в медицината, оптичната физика, фотографията, металургията и др.

След като разгледахме накратко процесите на излъчване и поглъщане на светлина от атомите и се запознахме с основния метод на изследване - спектралния анализ, можем да заключим за неоспоримото му значение в съвременния свят. Много области на науката, производството и технологиите използват този метод и неговите резултати в своята работа.

Видове оптични спектри.
Абсорбция и излъчване на светлина
атоми. Произход на владетелите
спектри
Разбирайки вселената, знайте всичко, не
избиране:
Каквото има вътре, ще го намерите отвън.
Така че приемете го, без да поглеждате назад
Светът има ясни загадки.
Гьоте

Дисперсията на светлината е
зависимост на показателя
пречупване на материята и
скоростта на светлината в него от
честота на светлинната вълна.
Бялата светлина е сложна светлина, състои се от
прости лъчи, които при преминаване през
призмата се отклонява, но не се разлага и само
като цяло монохроматичните лъчи дават
усещане за бяла светлина.

лещи
празнина
Спектрални устройства - устройства,
добре разделящи вълни с различна дължина и предотвратяващи застъпване на отделни части от спектъра.
призма

Непрекъснат спектър
Нажежен до червено
твърди вещества
Нажежен до червено
течности
Газове под високо
налягане
Основна роля в радиацията играят
възбуждане на атоми и молекули по време на
хаотичен
движение
тези
частици,
причинени от висока температура.

Линеен спектър
спектър, състоящ се от отделни ясно дефинирани цветни линии,
разделени един от друг с широки тъмни пространства.
Едно вещество излъчва светлина само напълно
определени дължини на вълните. Всеки от
линиите имат крайна ширина.
Спектрите се получават от светещи атомни газове или пари.
натрий
Линейните спектри на различни химични елементи се различават по цвят,
позиция и брой на отделните светещи линии.

Лентов спектър
се състои от отделни ивици, разделени от тъмни интервали.
Всяка лента представлява
колекция от голям брой много
близко разположени линии.
Излъчва се от отделни възбудени молекули (молекулен газ).
Излъчването се причинява както от електронни
преходи в атомите и вибрационни движения на самите атоми в
молекула.

Лентов спектър
Непрекъснат спектър
Линеен спектър
Емисионен спектър
получени чрез разлагане на излъчената светлина
самосветещи тела.

Абсорбционен спектър
получена чрез преминаване на светлина от източник, даващ непрекъснат спектър през вещество,
чиито атоми и молекули са в невъзбудено състояние.
поглъщания
Na
емисии
Na
з
з

Закон за спектралната обратимост
линии:
абсорбционните линии съответстват
емисионни линии, т.е. атоми
по-малко нагрята субстанция
абсорбират от непрекъснатия спектър
точно на честотите, в които се намират
други условия излъчват.
Густав Робърт Кирхоф
12. 03. 1824 - 17. 10. 1887

10.

Спектърът на атомите на всеки химичен елемент е уникален.

11.

Спектралният анализ е метод за изследване на хим
състав на различни вещества според техния
спектри.
Спектрален анализ
емисията се нарича емисия.
Г. Кирхоф
Анализ, извършен с помощта на спектри
абсорбцията се нарича абсорбционен спектрален анализ.
В. Бунзен

12.

Анализ на емисиите:
1. Всеки елемент има свой собствен спектър,
което не зависи от методите на възбуждане.
2. Интензитетът на спектралните линии зависи от концентрацията на елемента в дадено вещество.
Извършване на анализ:
1. Накарайте атомите на това вещество да излъчват светлина с линеен спектър.
2. Разложете тази светлина в спектър и определете дължините на вълните на наблюдаваното
има редове в него.

13.

Приложение на спектралния анализ
металургия
машиностроене
Атомна индустрия
геология
археология
криминология

14.

Как да си обясня защо
атомите на всеки химичен елемент имат
свой собствен строго индивидуален набор от спектрални
линии?
Защо съвпадат?
емисионни линии и
абсорбция в спектъра
дадени елементи?
Какви са причините за
разлики в спектрите
различни атоми
елементи?

15.

Постулат за стационарни състояния:
атомната система може да бъде
само в специални стационарни
(квантови) състояния, всяко от
които съответстват на определен
енергия, върху която се намира атомът
не излъчва и не абсорбира енергия.
Правило за честотата: когато един атом преминава
от едно стационарно състояние към
други се излъчват или абсорбират
квант енергия.

В процеса на изучаване и прилагане на линейните спектри възникнаха различни въпроси. Как, например, можем да обясним защо атомите на всеки химичен елемент имат свой строго индивидуален набор от спектрални линии? Защо емисионните и абсорбционните линии в спектъра на даден елемент съвпадат? Какво причинява разликите в спектрите на атомите на различните елементи?

Нилс Бор (1885-1962)
Датски физик-теоретик, общественик, един от основоположниците на съвременната физика. Създава теорията за водородоподобния атом, основана на два постулата

Отговори на тези и много други въпроси бяха открити едва в началото на 20 век. благодарение на появата на нова физическа теория – квантовата механика. Един от основателите на тази теория е датският физик Нилс Бор.

Бор стига до извода, че светлината се излъчва от атоми на материята.

В тази връзка през 1913 г. той формулира два постулата.

• 1. Един атом може да бъде само в специални, стационарни състояния. Всяко състояние съответства на определена енергийна стойност - енергийно ниво. Тъй като е в стационарно състояние, атомът нито излъчва, нито поглъща

Стационарните състояния съответстват на стационарни орбити, по които се движат електроните. Номерата на стационарните орбити и енергийните нива (започвайки от първото) обикновено се обозначават с латински букви: n, k и т.н. Радиусите на орбитите, както и енергиите на стационарните състояния, могат да приемат не всякакви, а определени дискретни стойности. Първата орбита е най-близо до ядрото.

• 2. Излъчването на светлина възниква по време на прехода на атом от стационарно състояние с по-висока енергия E k към стационарно състояние с по-ниска енергия E n

Според закона за запазване на енергията енергията на излъчения фотон е равна на разликата в енергиите на стационарните състояния:

hv = E k - E n.

От това уравнение следва, че един атом може да излъчва светлина само с честоти

Атомът може също да абсорбира фотони. Когато се абсорбира фотон, атомът преминава от стационарно състояние с по-ниска енергия в стационарно състояние с по-висока енергия.

Състоянието на атома, в което всички електрони са в стационарни орбити с възможно най-ниска енергия, се нарича основно състояние. Всички други състояния на атома се наричат ​​възбудени.

Атомите на всеки химичен елемент имат свой собствен характерен набор от енергийни нива. Следователно преходът от по-високо енергийно ниво към по-ниско ще съответства на характерни линии в емисионния спектър, които са различни от линиите в спектъра на друг елемент.

Съвпадението на емисионните и абсорбционните линии в спектрите на атомите на даден химичен елемент се обяснява с факта, че честотите на вълните, съответстващи на тези линии в спектъра, се определят от едни и същи енергийни нива. Следователно атомите могат да абсорбират светлина само при честоти, които са в състояние да излъчват.

Въпроси

1. Изложете постулатите на Бор.
2. Запишете уравнения за определяне на енергията и честотата на излъчения фотон.
3. Кое състояние на атома се нарича основно състояние? възбуден?
4. Как се обяснява съвпадението на линиите в емисионния и абсорбционния спектър на даден химичен елемент?

Упражнение

Имате две стоманени игли за плетене на ваше разположение. Измислете експерименти, които биха могли да се използват, за да се определи: а) дали една от спиците е намагнетизирана и ако да, коя; б) дали и двете спици са намагнетизирани.

Забележка:Само определени елементи могат да се използват в експеримента.

Обобщение на главата. Най-важните

По-долу са дадени физически понятия, явления, правила, закони, постулати и техните определения и формулировки. Последователността на представяне на определенията не съответства на последователността на понятията.

Прехвърлете имената на понятията и законите в тетрадката си и въведете в квадратни скоби поредния номер на определението (формулировката), съответстващо на даденото понятие, явление, постулат, правило, закон.

• Променлив ток ;
• електромагнитна вълна;
• радиовръзка;
• светлинна дисперсия;
• феномен на електромагнитна индукция;
• Правилото на Ленц;
• феноменът на самоиндукцията;
• закон за пречупване на светлината;
• Квантовите постулати на Бор;
• видове оптични спектри.

проверете себе си

1. В дадена отправна система магнитно поле се създава от движещи се в нея обекти.
   1. фотони
   2. електрони
   3. атоми
   4. неутрони
2. Магнитното поле се открива по въздействието му върху
   1. протони, почиващи в него
   2. неутрони в покой в ​​него
   3. йони, почиващи в него
   4. проводник, през който протича електрически ток
3. Магнитното поле се характеризира с векторна физична величина, която се означава със символа B и се нарича
   1. магнитна индуктивност
   2. магнитна индукция
   3. електромагнитна индукция
   4. самоиндукция
4. Законът за пречупване на светлината съответства на формулата

Обхват- разпределение на енергията, излъчена или погълната от дадено вещество, по честоти или дължини на вълните.

Ако поставим призма на пътя на лъч слънчева светлина, проникващ през дълъг тесен правоъгълен процеп, тогава на екрана ще видим не изображение на процепа, а разтегната цветна лента с постепенен преход на цветовете от червено към виолетово - спектър. Това явление е наблюдавано от Нютон. Това означава, че слънчевата светлина съдържа електромагнитни вълни с различни честоти. Този спектър се нарича твърдо.

Ако прекарате светлина, излъчвана от нагрят газ, през призма, спектърът ще изглежда като отделни цветни линии на черен фон. Този спектър се нарича линеен емисионен спектър. Това означава, че нагрятият газ излъчва електромагнитни вълни с определен набор от честоти. Освен това всеки химичен елемент излъчва характерен спектър, който е различен от спектрите на други елементи.

Ако светлината преминава през газ, се появяват тъмни линии - линеен спектър на поглъщане.

Спектрален анализ- метод за определяне на качествения и количествения състав на веществото, базиран на получаване и изследване на неговите спектри.

Модели на атомно излъчване

Излъчването на светлина възниква, когато електрон в атом премине от най-високото енергийно ниво E k към едно от по-ниските енергийни нива E n (k > n). Атомът в този случай излъчва фотон с енергия

Поглъщането на светлина е обратният процес. Атомът поглъща фотон и преминава от по-ниско състояние k към по-високо състояние n (n > k). Атомът в този случай поглъща фотон с енергия