Análisis espectral: emisión y absorción de luz por los átomos. Emisión y absorción de luz por átomos Absorción y emisión de luz por un átomo energía cuántica

Cuna

El espectro de emisión o absorción es un conjunto de ondas de determinadas frecuencias que emite o absorbe un átomo de una determinada sustancia. Los espectros continuos emiten todas las sustancias que se encuentran en estado sólido o líquido. Los espectros lineales emiten todas las sustancias en estado atómico. Así como cada persona tiene sus propias huellas dactilares personales, el átomo de una sustancia determinada tiene su propio espectro característico solo para él.

Billete número 2 3

Postulados cuánticos de Bohr. Emisión y absorción de luz por los átomos. Análisis espectral

Plan de respuesta

1. Primer postulado. 2. Segundo postulado. 3. Tipos de espectros.

Bohr basó su teoría en dos postulados. Primer postulado:un sistema atómico sólo puede encontrarse en estados estacionarios o cuánticos especiales, cada uno de los cuales tiene su propia energía; en estado estacionario, el átomo no irradia.

Esto significa que un electrón (por ejemplo, en un átomo de hidrógeno) puede estar en varias órbitas bien definidas. Cada órbita de un electrón corresponde a una energía bien definida.

Segundo postulado:durante la transición de un estado estacionario a otro, se emite o absorbe una cantidad cuántica de radiación electromagnética.La energía de un fotón es igual a la diferencia entre las energías de un átomo en dos estados: hv = Е metro Ε norte ; h = 6,62 · 10 -34 J s, donde h Constante de Planck.

Cuando un electrón se mueve de una órbita cercana a una más distante, el sistema atómico absorbe una cantidad de energía. Al pasar de una órbita más distante de un electrón a una órbita más cercana con respecto al núcleo, el sistema atómico emite un cuanto de energía.

La teoría de Bohr permitió explicar la existencia de espectros lineales.

Espectro de radiación(o adquisiciones) — es un conjunto de ondas de determinadas frecuencias que son emitidas (o absorbidas) por un átomo de una sustancia determinada.

Los espectros son sólido, forrado y rayado.

Espectros continuostodas las sustancias que se encuentran en estado sólido o líquido irradian. El espectro continuo contiene ondas de todas las frecuencias de la luz visible y, por lo tanto, parece una banda de color con una transición suave de un color a otro en este orden: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta (todo cazador desea saber dónde está Faisán se sienta).

Espectros de líneaEmiten todas las sustancias en estado atómico. Los átomos de todas las sustancias irradian conjuntos de ondas de frecuencias bastante definidas que les son exclusivas. Así como cada persona tiene sus propias huellas dactilares personales, el átomo de una sustancia determinada tiene su propio espectro característico solo para él. Los espectros de emisión de líneas parecen líneas de colores separadas por espacios. La naturaleza de los espectros lineales se explica por el hecho de que los átomos de una determinada sustancia sólo tienen sus propios estados estacionarios con su propia energía característica y, en consecuencia, su propio conjunto de pares de niveles de energía que un átomo puede cambiar, es decir, un El electrón en un átomo solo puede transferirse de una órbita específica a otras órbitas bien definidas para una sustancia química determinada.

Espectros rayadosemitido por las moléculas. Los espectros rayados parecen espectros de líneas, solo que en lugar de líneas individuales, se observan series separadas de líneas, percibidas como bandas separadas.

Es característico que cualquier espectro emitido por estos átomos sea el mismo absorbido, es decir, los espectros de emisión coinciden con los espectros de absorción en términos del conjunto de frecuencias emitidas. Dado que los átomos de diferentes sustancias corresponden sólo a a ellos espectros, entonces hay una manera de determinar la composición química de una sustancia estudiando sus espectros. Este método se llamaanálisis espectral.El análisis espectral se utiliza para determinar la composición química de minerales fósiles durante la extracción, para determinar la composición química de estrellas, atmósferas y planetas; es el método principal para controlar la composición de una sustancia en metalurgia e ingeniería mecánica.

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En muchas áreas de la actividad industrial se requiere un conocimiento preciso de la composición química de una sustancia. El curso de los procesos químicos depende de la pureza del material de trabajo. Sin embargo, los materiales puros, libres de impurezas, prácticamente no se encuentran en la naturaleza. Para estudiar la composición química de la sustancia de trabajo, se estudian los procesos de emisión y absorción de luz por los átomos: análisis espectral.

Este método de estudiar la naturaleza de la materia fue descubierto a mediados del siglo XIX y causó sensación. Con su ayuda se lograron una serie de logros importantes en el campo de la química y la física y se obtuvieron nuevos conocimientos sobre los elementos químicos. El análisis es muy sensible y permite detectar incluso una mezcla microscópica de una sustancia extraña. Sin embargo, el alcance del análisis espectral va mucho más allá del estudio de la composición de sustancias.

¿Qué es un espectro?

Un espectro es un fenómeno en el que un rayo de luz, que pasa a través de un objeto refractante (por ejemplo, un prisma), se descompone en varios rayos multicolores.

Los átomos de cada elemento químico tienen su propio espectro individual, diferente al espectro de otros elementos. Gracias a esta singularidad, es posible determinar la composición química de la sustancia. El estudio de los espectros de emisión y absorción de la luz por los átomos es la base del análisis espectral (espectroscopia).

La radiación de los átomos de una sustancia se lleva a cabo únicamente en un estado excitado, cuando se les expone alguna fuente de energía. Habiendo recibido energía, la sustancia la devuelve en forma de radiación y vuelve a su estado normal. Los datos obtenidos sobre la emisión y absorción de luz por los átomos se procesan mediante aparatos espectrales especiales.

Tipos de radiación

Sucede:

1. Térmico. Cuando el cuerpo se calienta, los átomos aceleran su movimiento, lo que conduce a la liberación de energía. Cuando se alcanza una determinada concentración de la energía generada, la sustancia comienza a emitir luz.
2. Se puede utilizar un campo eléctrico para emitir y absorber luz mediante átomos. En este caso, la energía de la radiación se llama electroluminiscencia.
3. Quimioluminiscencia. Este fenómeno ocurre durante algunas reacciones químicas, cuando la temperatura de una sustancia permanece normal y se produce radiación debido a la interacción con otra sustancia.
4. Fotoluminiscencia. Ocurre cuando los propios átomos comienzan a emitir luz bajo la influencia de otra fuente de radiación.

Tipos de espectroscopia

Para estudiar los procesos de absorción y emisión de luz por los átomos se utilizan varios métodos de análisis espectral:

1. Emisión.
2. Absorción.
3. Luminiscente.
4. Radiografía.
5. Radioespectroscópico.
6. Espectrofotométrico, etc.

Los métodos más comunes de espectroscopia son la emisión, la absorción y la luminiscencia.

En el método de análisis de emisión, la sustancia debe pasar a un estado gaseoso. Bajo la influencia de altas temperaturas, la sustancia se descompone en átomos. En este caso, la naturaleza de la radiación de una sustancia se convierte en un criterio para determinar la composición química. El estudio del proceso se realiza con la ayuda de dispositivos espectrales que analizan el tipo de onda.

El método de absorción se utiliza para estudiar no la emisión, sino la absorción de luz por los átomos. Dependiendo de la naturaleza del elemento, la naturaleza de la absorción de energía por parte de la sustancia será individual en cada caso.

Con el método luminiscente, la excitación de una sustancia se produce con la ayuda de rayos infrarrojos o ultravioleta.

Aplicación del análisis espectral.

La espectroscopia ha traído al mundo muchos descubrimientos valiosos en diversos campos del conocimiento.

Se han descubierto muchos elementos químicos mediante análisis espectral: cesio, helio, rubidio y otros. El color principal de sus espectros suele ser el motivo del nombre (por ejemplo, "rubidio" - "rojo oscuro").

La espectroscopia se utiliza ampliamente en el campo de la industria, en particular, en la construcción de maquinaria y la metalurgia. El análisis espectral ayuda a determinar con mayor precisión la composición del mineral, lo que permite obtener la sustancia más pura para la producción.

Se ha encontrado una aplicación inusual del análisis en el campo de la ciencia forense, en particular, para establecer la autenticidad o falsificación de un documento.

Importancia del análisis espectral para la astrofísica

Los procesos de emisión y absorción de luz por los átomos proporcionan la información más valiosa en el campo de la astrofísica y la exploración espacial.

Sólo gracias al análisis espectral fue posible establecer la composición química de los objetos celestes, por ejemplo, el Sol y las estrellas. La espectroscopía ha demostrado que la composición de las estrellas contiene los mismos elementos que en la Tierra. Las fotosferas de los cuerpos celestes no son más que un espectro continuo.

Gracias al análisis espectral no sólo se descubrió la composición química de las estrellas. Este método permitió estudiar el ciclo de vida de una estrella. Cada uno de ellos obtuvo su lugar en la clase espectral, según su tamaño y temperatura de radiación.

El análisis espectral permitió tener una idea de las dimensiones y distancias cósmicas, la velocidad de los objetos espaciales en movimiento y su rotación. El efecto Doppler complementa y revela la esencia de la investigación realizada con ayuda de la espectroscopia.

Por tanto, la mayoría de las investigaciones astronómicas modernas se basan en datos de análisis espectral.

Láseres, emisión y absorción de luz por átomos en espectros.

Un láser (generador cuántico) es una fuente de radiación. En él, la radiación de energía por átomos excitados se realiza bajo la influencia de un estímulo externo. Los espectros de un láser se forman por la emisión de luz por parte de los átomos, no por su absorción. El rayo láser es coherente: los rayos viajan en paralelo y prácticamente no divergen, independientemente de la distancia a la fuente de radiación. Los láseres se utilizan ampliamente en diversas ramas del conocimiento, en particular, en medicina, física óptica, fotografía, metalurgia, etc.

Habiendo considerado brevemente los procesos de emisión y absorción de luz por los átomos y familiarizado con el principal método de investigación: el análisis espectral, podemos concluir que tiene una importancia innegable en el mundo moderno. Muchas áreas de la ciencia, la industria y la tecnología aplican este método y sus resultados en su trabajo.

Tipos de espectros ópticos.
Absorción y emisión de luz.
átomos. origen lineal
espectros
Comprensión del universo, saberlo todo, no
seleccionando:
Lo que hay dentro, lo encontrarás fuera.
Así que acéptalo sin mirar atrás.
Acertijos inteligibles del mundo.
Goethe

La dispersión de la luz es
dependencias de indicadores
refracción de la materia y
la velocidad de la luz en él desde
frecuencia de onda de luz.
La luz blanca es una luz compleja, se compone de
rayos simples, que al pasar a través
prisma se desvían, pero no se descomponen, y sólo
Los rayos monocromáticos combinados dan
Sensación de luz blanca.

lente
brecha
Instrumentos espectrales - instrumentos,
separando bien ondas de diferentes longitudes y no permitiendo la superposición de partes individuales del espectro.
prisma

espectro continuo
al rojo vivo
cuerpos solidos
al rojo vivo
liquidos
Gases bajo alta
presión
El papel principal en la radiación lo desempeña
excitación de átomos y moléculas en
caótico
movimienot
estos
partícula,
debido a la alta temperatura.

espectro de líneas
un espectro que consta de líneas de colores individuales claramente definidas,
separados unos de otros por amplios espacios oscuros.
Una sustancia emite luz sólo en su totalidad.
ciertas longitudes de onda. Cada uno de
las líneas tienen un ancho finito.
Los espectros se obtienen a partir de gases o vapores atómicos luminosos.
sodio
Los espectros lineales de varios elementos químicos difieren en color,
la posición y el número de líneas luminosas individuales.

espectro rayado
Consta de bandas individuales separadas por espacios oscuros.
Cada raya representa
un gran número de muy
líneas muy espaciadas.
Emitido por moléculas excitadas individuales (gas molecular).
La radiación es causada tanto por componentes electrónicos
transiciones en los átomos y movimientos oscilatorios de los propios átomos en
molécula.

espectro rayado
espectro continuo
espectro de líneas
Espectro de emisión
obtenido por descomposición de la luz emitida
cuerpos autoluminosos.

Espectro de absorción
Se obtiene al hacer pasar luz desde una fuente de espectro continuo a través de una sustancia.
átomos y moléculas de los cuales se encuentran en un estado no excitado.
adquisiciones
N / A
emisiones
N / A
h
h

La ley de reversibilidad del espectro.
líneas:
las líneas de absorción corresponden
líneas de emisión, es decir átomos
sustancia menos calentada
absorber del espectro continuo
solo las frecuencias en las que están
otras condiciones emiten.
Gustavo Robert Kirchhoff
12. 03. 1824 - 17. 10. 1887

10.

El espectro de átomos de cada elemento químico es único.

11.

El análisis espectral es un método para estudiar la sustancia química.
composición de diversas sustancias según su
espectros.
Análisis espectral
La emisión se llama emisión.
G. Kirchhoff
Análisis espectral
La absorción se llama análisis del espectro de absorción.
W. Bunsen

12.

Análisis de emisiones:
1. Cada elemento tiene su propio espectro,
que no depende del modo de excitación.
2. La intensidad de las líneas espectrales depende de la concentración de un elemento en una sustancia determinada.
Realización de análisis:
1. Haz que los átomos de esta sustancia emitan luz con un espectro lineal.
2. Expanda esta luz en un espectro y determine las longitudes de onda de lo observado.
líneas en él.

13.

Aplicación del análisis espectral.
metalurgia
Ingeniería Mecánica
industria atómica
geología
arqueología
criminalística

14.

Cómo explicar por qué
Los átomos de cada elemento químico tienen
propio conjunto estrictamente individual de espectros
¿líneas?
¿Por qué coincidir?
líneas de emisión y
absorción en el espectro
elemento dado?
Cuales son las razones
diferencias en espectros
átomos de diferentes
¿elementos?

15.

Postulado de estados estacionarios:
Un sistema atómico puede ser
sólo en papelería especial
estados (cuánticos), cada uno de
que corresponde a un determinado
la energía con la que el átomo
no irradia ni absorbe energía.
Regla de frecuencia: en la transición de un átomo.
de un estado estacionario a
el otro es emitido o absorbido
cuanto de energía.

Surgieron varias preguntas en el proceso de estudio y aplicación de espectros lineales. ¿Cómo, por ejemplo, explicar por qué los átomos de cada elemento químico tienen su propio conjunto estrictamente individual de líneas espectrales? ¿Por qué coinciden las líneas de emisión y absorción en el espectro de un elemento determinado? ¿Qué causa las diferencias en los espectros de los átomos de diferentes elementos?

Niels Bohr (1885-1962)
Físico teórico danés, figura pública, uno de los fundadores de la física moderna. Creó la teoría de un átomo similar al hidrógeno basada en dos postulados.

Las respuestas a estas y muchas otras preguntas no se encontraron hasta principios del siglo XX. debido al surgimiento de una nueva teoría física: la mecánica cuántica. Uno de los fundadores de esta teoría fue el físico danés Niels Bohr.

Bohr llegó a la conclusión de que la luz la emiten los átomos de la materia.

Al respecto, en 1913 formuló dos postulados.

• 1. Un átomo sólo puede estar en estados estacionarios especiales. Cada estado corresponde a un cierto valor de energía: el nivel de energía. Al estar en estado estacionario, el átomo no emite ni absorbe

Los estados estacionarios corresponden a órbitas estacionarias a lo largo de las cuales se mueven los electrones. El número de órbitas estacionarias y los niveles de energía (comenzando por el primero) generalmente se indican con letras latinas: n, k, etc. Los radios de las órbitas, como las energías de los estados estacionarios, no pueden tomar ninguno, sino ciertos valores discretos. La primera órbita es la más cercana al núcleo.

• 2. La emisión de luz se produce durante la transición de un átomo de un estado estacionario con mayor energía E a un estado estacionario con menor energía E n.

Según la ley de conservación de la energía, la energía del fotón emitido es igual a la diferencia entre las energías de los estados estacionarios:

hv = mi k - mi norte .

De esta ecuación se deduce que un átomo puede emitir luz sólo con frecuencias

Un átomo también puede absorber fotones. Cuando se absorbe un fotón, un átomo pasa de un estado estacionario con menor energía a un estado estacionario con mayor energía.

El estado de un átomo en el que todos los electrones se encuentran en órbitas estacionarias con la menor energía posible se llama estado fundamental. Todos los demás estados del átomo se denominan estados excitados.

Los átomos de cada elemento químico tienen su propio conjunto característico de niveles de energía. Por lo tanto, la transición de un nivel de energía superior a uno inferior corresponderá a líneas características en el espectro de emisión que son diferentes de las líneas en el espectro de otro elemento.

La coincidencia de las líneas de emisión y absorción en los espectros de los átomos de un determinado elemento químico se explica por el hecho de que las frecuencias de las ondas correspondientes a estas líneas en el espectro están determinadas por los mismos niveles de energía. Por tanto, los átomos sólo pueden absorber luz de aquellas frecuencias que son capaces de emitir.

Preguntas

1. Enuncie los postulados de Bohr.
2. Escriba las ecuaciones para determinar la energía y la frecuencia del fotón emitido.
3. El estado de un átomo se llama estado fundamental; ¿entusiasmado?
4. ¿Cómo se explica la coincidencia de líneas en los espectros de emisión y absorción de un determinado elemento químico?

Ejercicio

Tienes dos radios de acero a tu disposición. Proponga experimentos que puedan usarse para determinar: a) si uno de los radios está magnetizado y, de ser así, cuál; b) si ambos radios están magnetizados.

Nota: Sólo los objetos especificados se pueden utilizar en el experimento.

Resultados del capítulo. El más importante

A continuación se muestran conceptos físicos, fenómenos, reglas, leyes, postulados y sus definiciones y formulaciones. La secuencia de presentación de definiciones no corresponde a la secuencia de conceptos.

Transfiera los nombres de los conceptos y leyes al cuaderno e ingrese entre corchetes el número de serie de la definición (formulación) correspondiente a este concepto, fenómeno, postulado, regla, ley.

• Corriente alterna ;
• onda electromagnética;
• comunicación por radio;
• dispersión de la luz;
• el fenómeno de la inducción electromagnética;
• regla de Lenz;
• el fenómeno de la autoinducción;
• ley de refracción de la luz;
• los postulados cuánticos de Bohr;
• tipos de espectros ópticos.

compruébalo tú mismo

1. En este marco de referencia, el campo magnético se crea al moverse en él.
   1. fotones
   2. electrones
   3. átomos
   4. neutrones
2. El campo magnético se detecta por su efecto sobre
   1. protones descansando en él
   2. neutrones descansando en él
   3. iones descansando en él
   4. Conductor por el que circula corriente eléctrica.
3. El campo magnético se caracteriza por una cantidad física vectorial, que se denota con el símbolo B y se llama
   1. inductancia magnética
   2. inducción magnética
   3. inducción electromagnética
   4. autoinducción
4. La ley de refracción de la luz corresponde a la fórmula.

Rango- la distribución de la energía emitida o absorbida por una sustancia, según frecuencias o longitudes de onda.

Si se coloca un prisma en el camino de un rayo de luz solar que penetra a través de una rendija rectangular larga y estrecha, en la pantalla no veremos una imagen de la rendija, sino una franja de color estirada con una transición gradual de colores del rojo al violeta. - el espectro. Este fenómeno fue observado por Newton. Esto significa que la composición de la luz solar incluye ondas electromagnéticas de diversas frecuencias. Tal espectro se llama sólido.

Si la luz pasa a través de un prisma emitido por un gas calentado, el espectro se verá como líneas de colores separadas sobre un fondo negro. Tal espectro se llama espectro de emisión de línea. Esto significa que el gas calentado emite ondas electromagnéticas con un determinado conjunto de frecuencias. Además, cada elemento químico emite un espectro característico que es diferente del espectro de otros elementos.

Si la luz atraviesa un gas, aparecen líneas oscuras. espectro de absorción de línea.

Análisis espectral- un método para determinar la composición cualitativa y cuantitativa de una sustancia, basado en la obtención y estudio de sus espectros.

Regularidades de la radiación de los átomos.

La emisión de luz se produce cuando un electrón de un átomo pasa del nivel de energía más alto E k a uno de los niveles de energía más bajos E n (k > n). El átomo en este caso emite un fotón con energía.

La absorción de la luz es el proceso inverso. Un átomo absorbe un fotón, pasa de un estado inferior k a un estado superior n (n > k). En este caso, el átomo absorbe un fotón con energía.