Спектральный анализ: испускание и поглощение света атомами. Испускание и поглощение света атомами Поглощение и испускание света атомом квантовая энергия

Шпаргалка

Спектр излучения или поглощения это набор волн определенных частот которые излучает или поглощает атом данного вещества. Сплошные спектры излучают все вещества находящиеся в твердом или жидком состоянии. Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев так и у атома данного вещества свой характерный только ему спектр.

Билет №2 3

Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ

План ответа

1. Первый постулат. 2. Второй постулат. 3. Виды спектров.

В основу своей теории Бор положил два постулата. Первый постулат: атомная система может находиться только в особых стационарных или квантовых состояниях, каждому из которых соответствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона соответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного стационарного состояния в другое испускается или поглощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv = Е m – Ε n ; h = 6,62 10 -34 Дж с, где h — постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную, атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии.

Теория Бора позволила объяснить существование линейчатых спектров.

Спектр излучения (или поглощения) — это набор волн определенных частот, которые излучает (или поглощает) атом данного вещества.

Спектры бывают сплошные, линейчатые и полосатые.

Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот видимого света и поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к другому в таком порядке: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеленый, Синий и Фиолетовый (Каждый Охотник Желает Знать, где Сидит Фазан).

Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атома данного вещества свой, характерный только ему спектр. Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природа линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества существуют только ему свойственные стационарные состояния со своей характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которые может менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить только с одних определенных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данного химического вещества.

Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектры подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются отдельные серии линий, воспринимаемые как отдельные полосы.

Характерным является то, что какой спектр излучается данными атомами, такой же и поглощается, т. е. спектры излучения по набору излучаемых частот совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомам разных веществ соответствуют свойственные только им спектры, то существует способ определения химического состава вещества методом изучения его спектров. Этот способ называется спектральным анализом. Спектральный анализ применяется для определения химического состава ископаемых руд при добыче полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмосфер, планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении.

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать
10303.		Общество - совокупность исторически сложившихся форм совместной деятельности людей	13.85 KB
	Общество совокупность исторически сложившихся форм совместной деятельности людей. В узком смысле слова общество может рассматриваться как конкретное общество в единстве его общих особенных и единичных признаков. Становление общества долгий процесс длившийся неско...
10304.		Философия Людвига Фейербаха	12.67 KB
	Философия Людвига Фейербаха Несмотря на то что классическая немецкая философия получила свое наиболее полное выражение в идеалистических философских системах именно в этот момент возникла одна из мощнейших материалистических идей Людвига Фейербаха. Фейербах ст
10305.		Современная философия	12.45 KB
	Современная философия чрезвычайно многообразна. Вместе с тем в ней есть свои центры притяжения в виде относительно самостоятельных направлений или течений. Их тоже много но в плане самой общей картины можно ограничиться тремя: аналитическим феноменологическим и постм
10306.		Раннегреческая философия (милетская и элейская школы философии)	13.1 KB
	Раннегреческая философия милетская и элейская школы философии Милетская школа существовала в Древней Греции в VI в. до н. э. Представителями данной школы являлись Фалес Анаксимандр Анаксимен. Философы милетской школы: выступали с материалистических позиций; занимал
10307.		Философия французского просвещения	11.36 KB
	Во Франции философия являлась мощным общественно культурным движением. Все идеи французских философов подготовили почву к великой французской революции. Приведем пример двух самых ярких просветителей этого времени. Вольтер французский философпросветитель. Боро
10308.		Фихте Иоганн немецкий философ и общественный деятель	14.79 KB
	Фихте Иоганн немецкий философ и общественный деятель представитель нем. классического идеализма. Родился в крестьянской семье. Учился в университете Лейпцига. Под влиянием событий Великой французской революции Ф. написал работу посвященную защите свободы мысли. Вслед
10309.		Фридрих Шеллинг	11.72 KB
	Фридрих Шеллинг оказался своеобразным связывающим звеном между философией Канта идеями Фихте. В центре его философских размышлений оказывается задача построить единую систему познания истины в частных областях. Все это реализуется в его âнатурфилософииâ. Основн...
10310.		Формування стратегії розвитку туристичної дестинації «Подільські Товтри»	2.55 MB
	Розкити сутність понять «дестинація», «екологічна дестинація», «стратегія»; Визначити теоретичні основи формування стратегії розвитку туристичної дестинації; Сформулювати систему оціночних показників для визначення привабливості дестинації; Здійснити комплексний аналіз туристичного потенціалу дестинації «Подільські Товтри»; Визначити передумови для створення стратегії розвитку дестинації «Подільські Товтри»...
10311.		Эпоха эллинизма	12.39 KB
	Эллинизм охватывающий период от завоеваний Александра Македонского до падения западной Римской Империи характеризует собой последующую античную философию. Сохранив многое из античной классики Эллинизм по существу завершил ее. Исходные принципы заложенные великими...

Точно знать химический состав вещества требуется во многих сферах производственной деятельности. От чистоты рабочего материала зависит протекание химических процессов. Однако чистые материалы, лишенные каких-либо примесей, в природе практически не встречаются. Чтобы изучить химический состав рабочей субстанции, исследуются процессы испускания и поглощения света атомами — спектральный анализ.

Этот метод исследования природы вещества был открыт в середине 19 века и произвел сенсацию. С его помощью был сделан ряд важных достижений в области химии и физики, получены новые знания о химических элементах. Анализ является очень чувствительным и позволяет обнаруживать даже микроскопическую примесь инородной субстанции. Однако сфера применения спектрального анализа простирается гораздо дальше изучения состава веществ.

Что такое спектр?

Спектром называют явление, при котором световой луч, проходя через преломляющий объект (например, призму), раскладывается на несколько разноцветных лучей.

Атомы каждого химического элемента имеют свой индивидуальный спектр, отличный от спектров других элементов. Благодаря этой уникальности, можно определить химический состав вещества. Изучение спектров испускания и поглощения света атомами лежит в основе спектрального анализа (спектроскопии).

Излучение атомов вещества осуществляется только в возбужденном состоянии, при воздействии на них каким-либо источником энергии. Получив энергию, вещество отдает ее обратно в виде излучения и возвращается в обычное состояние. Полученные данные об испускании и поглощении атомами света обрабатываются с помощью специальных спектральных аппаратов.

Виды излучения

Оно бывает:

1. Тепловое. При нагревании тела, атомы ускоряют свое движение, что приводит к выделению энергии. При достижении определенной концентрации выработанной энергии, вещество начинает излучать свет.
2. Для испускания и поглощения атомами света может использоваться электрическое поле. В этом случае энергия излучения называется электролюминесценцией.
3. Хемилюминесценция. Это явление происходит при некоторых химических реакциях, когда температура вещества остается обычной, а излучение происходит за счет взаимодействия с другим веществом.
4. Фотолюминесценция. Возникает, когда атомы начинают сами излучать свет под воздействием иного источника излучения.

Виды спектроскопии

Для изучения процессов поглощения и испускания света атомами используются различные методы спектрального анализа:

1. Эмиссионный.
2. Абсорбционный.
3. Люминесцентный.
4. Рентгеновский.
5. Радиоспектроскопический.
6. Спектрофотометрический и др.

Наиболее распространенными способами спектроскопии являются эмиссионный, абсорбционный и люминесцентный.

При эмиссионном методе анализа вещество необходимо перевести в газообразное состояние. Под воздействием высоких температур вещество распадается на атомы. В этом случае характер излучения вещества становится критерием определения химического состава. Изучение процесса проходит с помощью спектральных аппаратов, анализирующих тип волны.

Абсорбционный метод применяют для исследования не испускания, а поглощения света атомами. В зависимости от природы элемента, характер поглощения энергии веществом будет индивидуальным в каждом случае.

При люминесцентном методе возбуждение вещества происходит при помощи инфракрасных или ультрафиолетовых лучей.

Применение спектрального анализа

Спектроскопия принесла миру немало ценных открытий в разных областях знаний.

Множество химических элементов было обнаружено благодаря спектральному анализу: цезий, гелий, рубидий и другие. Основной цвет их спектров часто служит причиной названия (например, "рубидий" — "темно-красный").

Широко применяется спектроскопия в области промышленности, в частности, в машиностроительной сфере, металлургии. Спектральный анализ помогает наиболее точно определить состав минерала, что позволяет получить максимально чистое вещество для производства.

Необычное применение анализу нашлось в области криминалистики, в частности, для установления подлинности или поддельности документа.

Значение спектрального анализа для астрофизики

Самые ценные сведения процессы испускания и поглощения света атомами дают в области астрофизики и исследований космоса.

Только благодаря спектральному анализу удалось установить химический состав небесных объектов, например, Солнца и звезд. Спектроскопия показала, что в составе звезд находятся те же элементы, что на Земле. Фотосферы небесных тел — не что иное, как непрерывный спектр.

Не только химический состав звезд открылся благодаря спектральному анализу. Этот метод позволил изучить жизненный цикл звезды. Каждая из них получила свое место в спектральном классе, исходя из ее размера и температуры излучения.

Спектральный анализ позволил получить представление о космических размерах и расстояниях, о скорости движущихся космических объектов, их вращении. Эффект Доплера дополняет и раскрывает суть исследований, проведенных с помощью спектроскопии.

Таким образом, большинство современных астрономических исследований базируется на данных спектрального анализа.

Лазеры, испускание и поглощение света атомами в спектрах

Лазер (квантовый генератор) является источником излучения. В нем излучение энергии возбужденными атомами осуществляется под влиянием внешнего стимула. Спектры лазера формируются испусканием света атомами, а не его поглощением. Пучок лазера является когерентным: лучи идут параллельно и практически не расходятся, независимо от расстояния до источника излучения. Лазеры широко применяются в различных отраслях знаний, в частности, в медицине, оптической физике, фотографии, металлургии и т. д.

Рассмотрев процессы испускания и поглощения света атомами кратко и познакомившись с главным методом исследований — спектральным анализом, можно сделать вывод о его неоспоримой значимости в современном мире. Множество сфер науки, производства и технологий применяют этот метод и его результаты в своей работе.

Типы оптических спектров.
Поглощение и испускание света
атомами. Происхождение линейчатых
спектров
Мирозданье постигая, все познай, не
отбирая:
Что - внутри, во внешнем сыщешь.
Так примите ж без оглядки
Мира внятные загадки.
Гете

Дисперсия света - это
зависимости показателя
преломления вещества и
скорости света в нем от
частоты световой волны.
Белый свет - это сложный свет, он состоит из
простых лучей, которые при прохождении через
призму отклоняются, но не разлагаются, и только
в совокупности монохроматические лучи дают
ощущение белого света.

линза
щель
Спектральные приборы - приборы,
хорошо разделяющие волны различной длины и не допускающие перекрытия отдельных участков спектра.
призма

Сплошной спектр
Раскаленные
твердые тела
Раскаленные
жидкости
Газы под высоким
давлением
Основную роль в излучении играет
возбужде-ние атомов и молекул при
хаотическом
дви-жении
этих
частиц,
обусловленное высокой температурой.

Линейчатый спектр
спектр, состоящий из отдельных резко очерченных цветных линий,
отделенных друг от друга широкими темными промежутками.
Вещество излучает свет только вполне
определенных длин волн. Каждая из
линий имеет конечную ширину.
Спектры получаются от светящихся атомарных газов или паров.
натрий
Линейчатые спектры различных химических элементов отличаются цветом,
положением и числом отдельных светящихся линий.

Полосатый спектр
состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками.
Каждая полоса представляет собой
совокупность большого числа очень
тесно расположенных линий.
Излучаются отдельными возбужденными молекулами (молекулярный газ).
Излучение вызвано как электронными
переходами в атомах, так и колебательными движениями самих атомов в
молекуле.

Полосатый спектр
Сплошной спектр
Линейчатый спектр
Спектр испускания
получают при разложении света, излученного
самосветящимися телами.

Спектр поглощения
получают, пропуская свет от источника, дающего сплошной спектр, через вещество,
атомы и молекулы которого находятся в невозбужденном состоянии.
поглощения
Na
испускания
Na
H
H

Закон обратимости спектральных
линий:
линии поглощения соответствуют
линиям испускания, т.е. атомы
менее нагретого вещества
поглощают из сплошного спектра
как раз те частоты, которые они в
других условиях испускают.
Густав Роберт Кирхгоф
12. 03. 1824 - 17. 10. 1887

10.

Спектр атомов каждого химического элемента уникален.

11.

Спектральный анализ - это метод исследования химического
состава различных веществ по их
спектрам.
Анализ, проводимый по спектрам
испускания, называют эмиссионным.
Г. Кирхгоф
Анализ проводимый по спектрам
поглощения называют абсорбционным спектральным анализом.
В. Бунзен

12.

Эмиссионный анализ:
1. Каждый элемент имеет свой спектр,
который не зависит от способов возбуждения.
2. Интенсивность спектральных линий зависит от концентрации элемента в данном веществе.
Выполнение анализа:
1. Заставить атомы этого вещества излучать свет с линейчатым спектром.
2. Разложить этот свет в спектр и определить длины волн наблюдаемых
в нем линий.

13.

Применение спектрального анализа
металлургия
машиностроение
Атомная промышленность
геология
археология
криминалистика

14.

Как объяснить, почему
атомы каждого химического элемента имеют
свой строго индивидуальный набор спектральных
линий?
Почему совпадают
линии излучения и
поглощения в спектре
данного элементы?
Чем обусловлены
различия в спектрах
атомов разных
элементов?

15.

Постулат стационарных состояний:
атомная система может находиться
только в особых стационарных
(квантовых) состояниях, каждому из
которых соответствует определенная
энергия, находясь на которых атом
не излучает и не поглощает энергии.
Правило частот: при переходе атома
из одного стационарного состояния в
другое излучается или поглощается
квант энергии.

В процессе изучения и применения линейчатых спектров возникли различные вопросы. Как, например, объяснить, почему атомы каждого химического элемента имеют свой строго индивидуальный набор спектральных линий? Почему совпадают линии излучения и поглощения в спектре данного элемента? Чем обусловлены различия в спектрах атомов разных элементов?

Нильс Бор (1885-1962)
Датский физик-теоретик, общественный деятель, один из создателей современной физики. Создал теорию водородоподобного атома, основанную на двух постулатах

Ответы на эти и многие другие вопросы удалось найти только в начале XX в. благодаря возникновению новой физической теории - квантовой механики. Одним из основоположников этой теории был датский физик Нильс Бор.

Бор пришёл к заключению, что свет излучается атомами вещества.

В связи с этим в 1913 г. он сформулировал два постулата.

• 1. Атом может находиться только в особых, стационарных состояниях. Каждому состоянию соответствует определённое значение энергии - энергетический уровень. Находясь в стационарном состоянии, атом не излучает и не поглощает

Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Номера стационарных орбит и энергетических уровней (начиная с первого) в общем случае обозначаются латинскими буквами: п, k и т. д. Радиусы орбит, как и энергии стационарных состояний, могут принимать не любые, а определённые дискретные значения. Первая орбита расположена ближе всех к ядру.

• 2. Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Е к в стационарное состояние с меньшей энергией Е n

Согласно закону сохранения энергии, энергия излучённого фотона равна разности энергий стационарных состояний:

hv = E k - E n .

Из этого уравнения следует, что атом может излучать свет только с частотами

Атом может также поглощать фотоны. При поглощении фотона атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией.

Состояние атома, в котором все электроны находятся на стационарных орбитах с наименьшей возможной энергией, называется основным. Все другие состояния атома называются возбуждёнными.

У атомов каждого химического элемента имеется свой характерный набор энергетических уровней. Поэтому переходу с более высокого энергетического уровня на более низкий будут соответствовать характерные линии в спектре испускания, отличные от линий в спектре другого элемента.

Совпадение линий излучения и поглощения в спектрах атомов данного химического элемента объясняется тем, что частоты волн, соответствующих этим линиям в спектре, определяются одними и теми же энергетическими уровнями. Поэтому атомы могут поглощать свет только тех частот, которые они способны излучать.

Вопросы

1. Сформулируйте постулаты Бора.
2. Запишите уравнения для определения энергии и частоты излучённого фотона.
3. Какое состояние атома называют основным; возбуждённым?
4. Как объясняется совпадение линий в спектрах испускания и поглощения данного химического элемента?

Задание

В вашем распоряжении имеются две стальные спицы. Придумайте эксперименты, с помощью которых можно было бы определить: а) намагничена ли одна из спиц, и если да, то какая; б) намагничены ли обе спицы.

Примечание: в эксперименте могут быть использованы только указанные предметы.

Итоги главы. Самое главное

Ниже даны физические понятия, явления, правило, закон, постулаты и их определения и формулировки. Последовательность изложения определений не соответствует последовательности понятий.

Перенесите в тетрадь названия понятий и законов и впишите в квадратные скобки порядковый номер определения (формулировки), соответствующего данному понятию, явлению, постулату, правилу, закону.

• Переменный ток ;
• электромагнитная волна ;
• радиосвязь ;
• дисперсия света ;
• явление электромагнитной индукции ;
• правило Ленца ;
• явление самоиндукции ;
• закон преломления света ;
• квантовые постулаты Бора ;
• типы оптических спектров .

Проверь себя

1. В данной системе отсчёта магнитное поле создаётся движущимися в ней
   1. фотонами
   2. электронами
   3. атомами
   4. нейтронами
2. Магнитное поле обнаруживается по его действию на
   1. покоящиеся в нём протоны
   2. покоящиеся в нём нейтроны
   3. покоящиеся в нём ионы
   4. проводник с протекающим по нему электрическим током
3. Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается символом B и называется
   1. магнитной индуктивностью
   2. магнитной индукцией
   3. электромагнитной индукцией
   4. самоиндукцией
4. Закону преломления света соответствует формула

Спектр - распределение энергии, излучаемой или поглощаемой веществом, по частотам или длинам волн .

Если на пути пучка солнечного света, проникающего через узкую длинную прямоугольную щель, поместить призму, то на экране мы увидим не изображение щели, а растянутую цветную полоску с постепенным переходом цветов от красного к фиолетовому - спектр. Это явление наблюдал еще Ньютон. Это означает, что в состав солнечного света входят электромагнитные волны различных частот. Такой спектр называется сплошным .

Если пропустить через призму свет, который излучается нагретым газом, то спектр будет иметь вид отдельных цветных линий на черном фоне. Такой спектр называется линейчатым спектром испускания . Это означает, что нагретый газ излучает электромагнитные волны с определенным набором частот. При этом каждый химический элемент испускает характерный спектр, отличный от спектров других элементов.

Если свет проходит через газ, то появляются темные линии - линейчатый спектр поглощения.

Спектральный анализ - метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на получении и исследовании его спектров.

Закономерности излучения атомов

Излучение света происходит при переходе электрона в атоме с высшего энергетического уровня E k на один из низших энергетических уровней E n (k > n). Атом в этом случае излучает фотон с энергией

Поглощение света - процесс обратный. Атом поглощает фотон, переходит из низшего состояния k в более высокое n (n > k). Атом в этом случае поглощает фотон с энергией