Спектральний аналіз: випромінювання та поглинання світла атомами. Випускання та поглинання світла атомами Поглинання та випромінювання світла атомом квантова енергія

Шпаргалка

Спектр випромінювання або поглинання це набір хвиль певних частот, які випромінює або поглинає атом даної речовини. Суцільні спектри випромінюють всі речовини, що знаходяться в твердому або рідкому стані. Лінійчасті спектри випромінюють усі речовини в атомарному стані. Як у кожної людини свої особисті відбитки пальців, так і в атома даної речовини свій характерний тільки йому спектр.

Білет №2 3

Квантові постулати Бора. Випускання та поглинання світла атомами. Спектральний аналіз

План відповіді

1. Перший постулат. 2. Другий постулат. 3. Види спектрів.

В основу своєї теорії Бор поклав два постулати. Перший постулат:атомна система може бути лише у особливих стаціонарних чи квантових станах, кожному з яких відповідає своя енергія; у стаціонарному стані атом не випромінює.

Це означає, що електрон (наприклад, в атомі водню) може бути на кількох цілком певних орбітах. Кожній орбіті електрона відповідає цілком певна енергія.

Другий постулат:при переході з одного стаціонарного стану до іншого випромінюється або поглинається квант електромагнітного випромінювання.Енергія фотона дорівнює різниці енергій атома у двох станах: hv = Е m Е n ; h = 6,62 10 -34 Дж с, де h | постійна Планка.

При переході електрона з ближньої орбіти більш віддалену, атомна система поглинає квант енергії. При переході з більш віддаленої орбіти електрона на ближню орбіту до ядра атомна система випромінює квант енергії.

Теорія Бора дозволила пояснити існування лінійних спектрів.

Спектр випромінювання(або поглинання) — це набір хвиль певних частот, які випромінює (або поглинає) атом цієї речовини.

Спектри бувають суцільні, лінійчастіта смугасті.

Суцільні спектривипромінюють усі речовини, що знаходяться у твердому або рідкому стані. Суцільний спектр містить хвилі всіх частот видимого світла і тому виглядає як кольорова смуга з плавним переходом від одного кольору до іншого в такому порядку: Червоний, Помаранчевий, Жовтий, Зелений, Синій та Фіолетовий (Кожен Мисливець Бажає знати, де сидить Фазан).

Лінійчасті спектривипромінюють усі речовини в атомарному стані. Атоми всіх речовин випромінюють властиві лише їм набори хвиль цілком певних частот. Як у кожної людини свої особисті відбитки пальців, так і в атома даної речовини свій характерний тільки йому спектр. Лінійчасті спектри випромінювання виглядають як кольорові лінії розділені проміжками. Природа лінійчастих спектрів пояснюється тим, що в атомів конкретної речовини існують тільки йому властиві стаціонарні стани зі своєю характерною енергією, а отже, і свій набір пар енергетичних рівнів, які може змінювати атом, тобто електрон в атомі може переходити лише з одних орбіт інші, цілком певні орбіти для даного хімічного речовини.

Смугасті спектривипромінюються молекулами. Виглядають смугасті спектри подібно до лінійних, тільки замість окремих ліній спостерігаються окремі серії ліній, що сприймаються як окремі смуги.

Характерним є те, що який спектр випромінюється даними атомами, такий і поглинається, тобто спектри випромінювання по набору випромінюваних частот збігаються зі спектрами поглинання. Оскільки атомам різних речовин відповідають властиві лишеїм спектри, то є спосіб визначення хімічного складу речовини методом вивчення його спектрів. Цей спосіб називаєтьсяспектральний аналіз.Спектральний аналіз застосовується визначення хімічного складу копалин руд при видобутку корисних копалин, визначення хімічного складу зірок, атмосфер, планет; є основним методом контролю складу речовини у металургії та машинобудуванні.

А також інші роботи, які можуть Вас зацікавити
10303.		Суспільство - сукупність форм спільної діяльності людей, що історично склалися.	13.85 KB
	Суспільство сукупність форм спільної діяльності людей, що історично склалися. У вузькому значенні слова суспільство може розглядатися як конкретне суспільство у єдності його спільних особливих та поодиноких ознак. Становлення суспільства тривалий процес, що тривав недовго...
10304.		Філософія Людвіга Фейєрбаха	12.67 KB
	Філософія Людвіга Фейєрбаха Незважаючи на те, що класична німецька філософія отримала своє найбільш повне вираження в ідеалістичних філософських системах саме в цей момент виникла одна з найпотужніших матеріалістичних ідей Людвіга Фейєрбаха. Феєрбах ст
10305.		Сучасна філософія	12.45 KB
	Сучасна філософія надзвичайно різноманітна. Водночас у ній є свої центри тяжіння у вигляді щодо самостійних напрямків чи течій. Їх теж багато, але в плані найзагальнішої картини можна обмежитися трьома: аналітичним феноменологічним і постмом.
10306.		Ранньогрецька філософія (мілетська та елейська школи філософії)	13.1 KB
	Ранньогрецька філософія Мілетська та елейська школи філософії Мілетська школа існувала в Стародавній Греції у VI ст. до зв. е. Представниками цієї школи були Фалес Анаксимандр Анаксимен. Філософи мілетської школи: виступали з матеріалістичних позицій; займав
10307.		Філософія французької освіти	11.36 KB
	У Франції філософія була потужним суспільно-культурним рухом. Усі ідеї французьких філософів підготували ґрунт до великої французької революції. Наведемо приклад двох найяскравіших просвітителів цього часу. Вольтер французький філософпросвітитель. Боро
10308.		Фіхте Йоганн німецький філософ та громадський діяч	14.79 KB
	Фіхте Йоганн німецький філософ та громадський діяч представник нім. класичного ідеалізму Народився у селянській сім'ї. Навчався в університеті Лейпцига. Під впливом подій Великої французької революції Ф. написав роботу, присвячену захисту свободи думки. Слідом
10309.		Фрідріх Шеллінг	11.72 KB
	Фрідріх Шеллінг виявився своєрідною сполучною ланкою між філософією Канта ідеями Фіхте. У його філософських роздумів постає завдання побудувати єдину систему пізнання істини у приватних областях. Все це реалізується в його «натурфілософії». Основні...
10310.		Формування стратегії розвитку туристичної дестинації «Подільські Товтри»	2.55 MB
	Розкинути сутність зрозуміти «дестинація», «екологічна дестинація», «стратегія»; Визначити теоретичні засади 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 «Подільські Товтри»...
10311.		Епоха еллінізму	12.39 KB
	Еллінізм, що охоплює період від завоювань Олександра Македонського до падіння західної Римської Імперії, характеризує собою наступну античну філософію. Зберігши багато з античної класики Еллінізм по суті завершив її. Вихідні принципи закладені великими...

Достовірно знати хімічний склад речовини потрібно в багатьох сферах виробничої діяльності. Від чистоти робочого матеріалу залежить перебіг хімічних процесів. Однак чисті матеріали, позбавлені будь-яких домішок, у природі практично не зустрічаються. Щоб вивчити хімічний склад робочої субстанції, досліджуються процеси випромінювання та поглинання світла атомами – спектральний аналіз.

Цей метод дослідження природи речовини було відкрито у середині 19 століття і справив сенсацію. З його допомогою було зроблено низку важливих досягнень у галузі хімії та фізики, отримано нові знання про хімічні елементи. Аналіз є дуже чутливим і дозволяє виявляти навіть мікроскопічну домішку сторонньої субстанції. Однак сфера застосування спектрального аналізу простягається набагато далі за вивчення складу речовин.

Що таке колорит?

p align="justify"> Спектром називають явище, при якому світловий промінь, проходячи через заломлюючий об'єкт (наприклад, призму), розкладається на кілька різнокольорових променів.

Атоми кожного хімічного елемента мають свій індивідуальний спектр, який відрізняється від спектрів інших елементів. Завдяки цій унікальності можна визначити хімічний склад речовини. Вивчення спектрів випромінювання та поглинання світла атомами є основою спектрального аналізу (спектроскопії).

Випромінювання атомів речовини здійснюється лише у збудженому стані, при дії на них яким-небудь джерелом енергії. Отримавши енергію, речовина віддає її у вигляді випромінювання і повертається у звичайний стан. Отримані дані про випромінювання та поглинання атомами світла обробляються за допомогою спеціальних спектральних апаратів.

Види випромінювання

Воно буває:

1. Теплове. При нагріванні тіла атоми прискорюють свій рух, що призводить до виділення енергії. При досягненні певної концентрації виробленої енергії речовина починає випромінювати світло.
2. Для випромінювання та поглинання атомами світла може використовуватись електричне поле. У цьому випадку енергія випромінювання називається електролюмінесценцією.
3. Хемілюмінесценція. Це відбувається при деяких хімічних реакціях, коли температура речовини залишається звичайною, а випромінювання відбувається за рахунок взаємодії з іншою речовиною.
4. Фотолюмінесценція. Виникає, коли атоми починають самі випромінювати світло під впливом іншого джерела випромінювання.

Види спектроскопії

Для вивчення процесів поглинання та випромінювання світла атомами використовуються різні методи спектрального аналізу:

1. Емісійний.
2. Абсорбційний.
3. Люмінесцентні.
4. Рентгенівський.
5. Радіоспектроскопічний.
6. Спектрофотометричний та ін.

Найбільш поширеними способами спектроскопії є емісійний, абсорбційний та люмінесцентний.

При емісійному методі аналізу речовину необхідно перевести у газоподібний стан. Під впливом високих температур речовина розпадається на атоми. І тут характер випромінювання речовини стає критерієм визначення хімічного складу. Вивчення процесу відбувається за допомогою спектральних апаратів, що аналізують тип хвилі.

Абсорбційний метод застосовують для дослідження не випромінювання, а поглинання світла атомами. Залежно від природи елемента характер поглинання енергії речовиною буде індивідуальним у кожному випадку.

При люмінесцентному методі збудження речовини відбувається за допомогою інфрачервоного або ультрафіолетового проміння.

Застосування спектрального аналізу

Спектроскопія принесла світові чимало цінних відкриттів у різних галузях знань.

Багато хімічних елементів було виявлено завдяки спектральному аналізу: цезій, гелій, рубідій та інші. Основний колір їх спектрів часто є причиною назви (наприклад, "рубідій" - "темно-червоний").

Широко застосовується спектроскопія у галузі промисловості, зокрема, у машинобудівній сфері, металургії. Спектральний аналіз допомагає найточніше визначити склад мінералу, що дозволяє отримати максимально чисту речовину для виробництва.

Незвичайне застосування аналізу знайшлося в галузі криміналістики, зокрема для встановлення справжності або підробленості документа.

Значення спектрального аналізу для астрофізики

Найцінніші відомості процеси випромінювання та поглинання світла атомами дають у галузі астрофізики та досліджень космосу.

Тільки завдяки спектральному аналізу вдалося встановити хімічний склад небесних об'єктів, наприклад Сонця та зірок. Спектроскопія показала, що у складі зірок перебувають самі елементи, що у Землі. Фотосфери небесних тіл — нічим іншим, як безперервний спектр.

Не лише хімічний склад зірок відкрився завдяки спектральному аналізу. Цей метод дозволив вивчити життєвий цикл зірки. Кожна з них отримала своє місце у спектральному класі, виходячи з її розміру та температури випромінювання.

Спектральний аналіз дозволив отримати уявлення про космічні розміри і відстані, про швидкість космічних об'єктів, що рухаються, їх обертання. Ефект Доплера доповнює та розкриває суть досліджень, проведених за допомогою спектроскопії.

Таким чином, більшість сучасних астрономічних досліджень базується на даних спектрального аналізу.

Лазери, випромінювання та поглинання світла атомами у спектрах

Лазер (квантовий генератор) є джерелом випромінювання. У ньому випромінювання енергії збудженими атомами здійснюється під впливом зовнішнього стимулу. Спектри лазера формуються випромінюванням світла атомами, а чи не його поглинанням. Пучок лазера є когерентним: промені йдуть паралельно і практично не розходяться незалежно від відстані до джерела випромінювання. Лазери широко застосовують у різних галузях знань, зокрема, у медицині, оптичній фізиці, фотографії, металургії тощо.

Розглянувши процеси випромінювання і поглинання світла атомами коротко і ознайомившись із головним методом досліджень — спектральним аналізом, можна дійти невтішного висновку про його незаперечної значимості у світі. Безліч сфер науки, виробництва та технологій застосовують цей метод та його результати у своїй роботі.

Типи оптичних спектрів.
Поглинання та випромінювання світла
атомів. Походження лінійчастих
спектрів
Всесвіт осягаючи, все пізнай, не
відбираючи:
Що – всередині, у зовнішньому знайдеш.
Так прийміть без оглядки
Миру виразні загадки.
Гете

Дисперсія світла – це
залежності показника
заломлення речовини та
швидкості світла в ньому від
частоти світлової хвилі.
Біле світло - це складне світло, воно складається з
простих променів, які при проходженні через
призму відхиляються, але не розкладаються, і лише
разом монохроматичні промені дають
відчуття білого світла.

лінза
щілина
Спектральні прилади - прилади,
добре поділяють хвилі різної довжини і не допускають перекриття окремих ділянок спектру.
призма

Суцільний спектр
Розпечені
тверді тіла
Розпечені
рідини
Гази під високим
тиском
Основну роль у випромінюванні грає
збудження атомів і молекул при
хаотичному
руху
цих
частинок,
обумовлене високою температурою.

Лінійчастий спектр
спектр, що складається з окремих різко окреслених кольорових ліній,
відокремлених один від одного широкими темними проміжками.
Речовина випромінює світло тільки цілком
певних довжин хвиль. Кожна з
ліній має кінцеву ширину.
Спектри виходять від атомних газів, що світяться, або пари.
натрій
Лінійчасті спектри різних хімічних елементів відрізняються кольором,
становищем і числом окремих ліній, що світяться.

Смугастий спектр
складається з окремих смуг, розділених темними проміжками.
Кожна смуга є
сукупність великої кількості дуже
тісно розташованих ліній.
Випромінюються окремими збудженими молекулами (молекулярний газ).
Випромінювання викликано як електронними
переходами в атомах, так і коливальними рухами самих атомів у
молекули.

Смугастий спектр
Суцільний спектр
Лінійчастий спектр
Спектр випромінювання
одержують при розкладанні світла, випромінюваного
самосвітлими тілами.

Спектр поглинання
отримують, пропускаючи світло від джерела, що дає суцільний спектр, через речовину,
атоми та молекули якого перебувають у незбудженому стані.
поглинання
Na
випромінювання
Na
H
H

Закон оборотності спектральних
ліній:
лінії поглинання відповідають
лініям випромінювання, тобто. атоми
менш нагрітої речовини
поглинають із суцільного спектру
якраз ті частоти, які вони в
інших умовах випускають.
Густав Роберт Кірхгоф
12. 03. 1824 - 17. 10. 1887

10.

Спектр атомів кожного хімічного елемента є унікальним.

11.

Спектральний аналіз - це метод дослідження хімічного
складу різних речовин за їх
спектрів.
Аналіз, що проводиться за спектрами
випромінювання, називають емісійним.
Г. Кірхгоф
Аналіз проведений за спектрами
поглинання називають абсорбційним спектральним аналізом.
В. Бунзен

12.

Емісійний аналіз:
1. Кожен елемент має свій спектр,
який залежить від способів збудження.
2. Інтенсивність спектральних ліній залежить від концентрації елемента у цій речовині.
Виконання аналізу:
1. Змусити атоми цієї речовини випромінювати світло з лінійним спектром.
2. Розкласти це світло в спектр і визначити довжини хвиль, що спостерігаються
у ньому ліній.

13.

Застосування спектрального аналізу
металургія
машинобудування
Атомна промисловість
геологія
археологія
криміналістика

14.

Як пояснити, чому
атоми кожного хімічного елемента мають
свій строго індивідуальний набір спектральних
ліній?
Чому збігаються
лінії випромінювання та
поглинання у спектрі
цього елементи?
Чим обумовлені
відмінності у спектрах
атомів різних
елементів?

15.

Постулат стаціонарних станів:
атомна система може бути
тільки в особливих стаціонарних
(квантових) станах, кожному з
яких відповідає певна
енергія, перебуваючи на яких атом
не випромінює та не поглинає енергії.
Правило частот: під час переходу атома
з одного стаціонарного стану
інше випромінюється або поглинається
квант енергії.

У процесі вивчення та застосування лінійчастих спектрів виникли різні питання. Як, наприклад, пояснити, чому атоми кожного хімічного елемента мають свій індивідуальний набір спектральних ліній? Чому збігаються лінії випромінювання та поглинання у спектрі даного елемента? Чим зумовлені відмінності у спектрах атомів різних елементів?

Нільс Бор (1885-1962)
Датський фізик-теоретик, громадський діяч, один із творців сучасної фізики. Створив теорію водневого атома, засновану на двох постулатах

Відповіді на ці та багато інших питань вдалося знайти лише на початку XX ст. завдяки виникненню нової фізичної теорії – квантової механіки. Одним із основоположників цієї теорії був датський фізик Нільс Бор.

Бор дійшов висновку, що світло випромінюється атомами речовини.

У зв'язку з цим у 1913 р. він сформулював два постулати.

• 1. Атом може бути лише у особливих, стаціонарних станах. Кожному стану відповідає певне значення енергії – енергетичний рівень. Перебуваючи у стаціонарному стані, атом не випромінює та не поглинає

Стаціонарним станам відповідають стаціонарні орбіти, якими рухаються електрони. Номери стаціонарних орбіт та енергетичних рівнів (починаючи з першого) у загальному випадку позначаються латинськими літерами: п, k і т. д. Радіуси орбіт, як і енергії стаціонарних станів, можуть приймати не будь-які, а певні дискретні значення. Перша орбіта розташована найближче до ядра.

• 2. Випромінювання світла відбувається при переході атома зі стаціонарного стану з більшою енергією Е до стаціонарний стан з меншою енергією Е n

Відповідно до закону збереження енергії, енергія випромінюваного фотона дорівнює різниці енергій стаціонарних станів:

hv = E k - E n.

З цього рівняння випливає, що атом може випромінювати світло лише з частотами

Атом може поглинати фотони. При поглинанні фотона атом переходить із стаціонарного стану з меншою енергією до стаціонарного стану з більшою енергією.

Стан атома, у якому електрони перебувають на стаціонарних орбітах з найменшою можливою енергією, називається основним. Решта стану атома називаються збудженими.

Атоми кожного хімічного елемента мають свій характерний набір енергетичних рівнів. Тому переходу з більш високого енергетичного рівня на нижчий будуть відповідати характерні лінії спектру випромінювання, відмінні від ліній спектру іншого елемента.

Збіг ліній випромінювання та поглинання в спектрах атомів даного хімічного елемента пояснюється тим, що частоти хвиль, що відповідають цим лініям у спектрі, визначаються тими самими енергетичними рівнями. Тому атоми можуть поглинати світло лише тих частот, які здатні випромінювати.

Запитання

1. Сформулюйте постулати Бора.
2. Запишіть рівняння для визначення енергії та частоти випромінюваного фотона.
3. Який стан атома називають основним; збудженим?
4. Як пояснюється збіг ліній у спектрах випромінювання та поглинання даного хімічного елемента?

Завдання

У вашому розпорядженні є дві сталеві спиці. Придумайте експерименти, за допомогою яких можна було б визначити: а) чи намагнічена одна зі спиць, і якщо так, то яка; б) чи намагнічені обидві спиці.

Примітка:в експерименті можуть бути використані лише зазначені предмети.

Підсумки глави. Найголовніше

Нижче наведено фізичні поняття, явища, правило, закон, постулати та їх визначення та формулювання. Послідовність викладу визначень відповідає послідовності понять.

Перенесіть у зошит назви понять та законів та впишіть у квадратні дужки порядковий номер визначення (формулювання), що відповідає даному поняття, явищу, постулату, правилу, закону.

• Змінний струм ;
• електромагнітна хвиля;
• радіозв'язок;
• дисперсія світла;
• явище електромагнітної індукції;
• правило Ленца;
• явище самоіндукції;
• закон заломлення світла;
• квантові постулати Бора;
• типи оптичних спектрів.

Перевір себе

1. У цій системі відліку магнітне поле створюється рухомими в ній
   1. фотонами
   2. електронами
   3. атомами
   4. нейтронами
2. Магнітне поле виявляється за його дією на
   1. протони в ньому.
   2. нейтрони, що в ньому покояться
   3. іони, що в ньому покояться
   4. провідник з електричним струмом, що протікає по ньому.
3. Магнітне поле характеризується векторною фізичною величиною, що позначається символом B і називається
   1. магнітною індуктивністю
   2. магнітною індукцією
   3. електромагнітною індукцією
   4. самоіндукцією
4. Закону заломлення світла відповідає формула

Спектр- розподіл енергії, що випромінюється або поглинається речовиною, за частотами або довжинами хвиль.

Якщо на шляху пучка сонячного світла, що проникає через довгу вузьку прямокутну щілину, помістити призму, то на екрані ми побачимо не зображення щілини, а розтягнуту кольорову смужку з поступовим переходом квітів від червоного до фіолетового - спектр. Це явище спостерігав ще Ньютон. Це означає, що до складу сонячного світла входять електромагнітні хвилі різних частот. Такий спектр називається суцільним.

Якщо пропустити через призму світло, яке випромінюється нагрітим газом, то спектр матиме вигляд окремих кольорових ліній на чорному тлі. Такий спектр називається лінійним спектром випромінювання. Це означає, що нагрітий газ випромінює електромагнітні хвилі з певним набором частот. При цьому кожен хімічний елемент випромінює характерний спектр, відмінний від спектрів інших елементів.

Якщо світло проходить через газ, то з'являються темні лінії. лінійний спектр поглинання.

Спектральний аналіз- метод визначення якісного та кількісного складу речовини, заснований на отриманні та дослідженні його спектрів.

Закономірності випромінювання атомів

Випромінювання світла відбувається при переході електрона в атомі з найвищого енергетичного рівня E k на один із нижчих енергетичних рівнів E n (k > n). Атом у цьому випадку випромінює фотон з енергією

Поглинання світла – процес зворотний. Атом поглинає фотон, переходить з нижчого стану k більш високе n (n > k). Атом у цьому випадку поглинає фотон із енергією