01.12.2022
Уроки 54, 55
Тема. Випромінювання та поглинання світла атомами. Атомні й молекулярні спектри. Неперервний спектр світла. Спектроскоп спектральний аналіз та його застосування.
Завдання:
- Опрацювати теоретичний матеріал, нище за посиланням
- Записати конспект в зошит
- Відповісти на запитання (пояснити)
https://www.youtube.com/watch?v=CdvFAzaxuwI
ВИПРОМІНЮВАННЯ ТА ПОГЛИНАННЯ СВІТЛА АТОМАМИ. Згідно з теорією Бора, поглинаючи світло, атом переходить із стаціонарного стану з меншою енергією в стаціонарний стан з більшою енергією. Усі стаціонарні стани, крім одного, є умовно стаціонарними. Нескінченно довго кожен атом може перебувати лише в стаціонарному стані з мінімальним запасом енергії. Цей стан атома називається основним, усі інші — збудженими.
Найбільш точно теорія Бора описує властивості найпростішого атома — Гідрогену. Енергію електрона, що покинув атом (міститься на нескінченній відстані від ядра), приймають за нуль. Зрозуміло, що енергія будь-якого електрона, який знаходиться ближче до ядра, буде меншою від і, отже, від'ємною. У нормальному (не збудженому) стані енергія атома буде мінімальною і для атома Гідрогену її значення Е1 = -13,55 еВ. У першому збудженому стані (другий енергетичний рівень) атом Гідрогену матиме енергію Е2 = -3,38 еВ, у третьому — Е3= -1,5 еВ.
Постулати Бора дають змогуь визначити частоти випромінювання атомів гідрогену під час переходу між різними станами.
Усі частоти випромінювань атома Гідрогену складають низку серій, кожна з яких виникає під час переходу атома з одного енергетичного стану в інший.
Під час переходів на перший рівень (n = 1) з другого, третього тощо. виникає ультрафіолетове випромінювання (серія Лаймана), під час переходів на другий рівень з вищих рівнів — випромінювання оптичного діапазону (серія Бальмера) і під час переходів на третій рівень — інфрачервоне випромінювання (серія Пашена) (рис. 25.1).
Рис. 25.1. Схема отримання спектра Гідрогену
Поглинання світла — процес, зворотний випромінюванню. Атом, поглинаючи світло, переходить із нижчих енергетичних станів до вищих. При цьому він поглинає випромінювання з такою самою частотою, що й випромінює.
На основі постулатів Бора можна визначити частоти електромагнітних хвиль атомів, що випромінюють:
де R = 3,27 · 1015 c-1 — стала Рідберґа.
АТОМНІ ТА МОЛЕКУЛЯРНІ СПЕКТРИ. Якщо світло випромінюють розріджені гази, то атоми газу знаходяться так далеко один від одного, що не справляють жодного впливу на випромінювання сусідніх атомів, і у спектрі такого джерела будуть спостерігатись лише певні лінії. Цей спектр називають лінійчатим спектром. Наприклад, розглянутий нами спектр випромінювання атома Гідрогену — лінійчатий.
Лінійчатий спектр — це оптичне випромінювання збуджених атомів, яке виникає завдяки квантовим переходам між електронними рівнями енергії (атомні спектри). Такі спектри дають світні гази або пара. Світіння газу можна викликати, пропускаючи через газ електричний струм.
Існують два основних типи лінійчатих спектрів: спектр випускання і спектр поглинання (рис. 25.2).
Рис. 25.2. Лінійчаті спектри: випускання і поглинання
Випускання (А) є результатом збудження речовини, що змушує її електрони займати вищий енергетичний рівень. Фотони випускаються тоді, коли електрони повертаються до свого початкового стану. І навпаки, поглинання спектра (В) виникає, коли фотони поглинаються, піднімаючи електрони атома на вищий енергетичний рівень. Речовина, що випускає світло на певній частоті, поглинає його на тій же частоті. Коли біле світло проходить через речовину, можна побачити спектр поглинання — це неперервний спектр (крім темних ліній) з довжинами хвиль, які речовина випускала б, світячись сама.
Смугастий спектр — це дискретні групи численних спектральних ліній, що складаються з безлічі тісно розташованих монохроматичних випромінювань (молекулярні спектри) (рис. 25.3).
Рис. 25.3. Смугастий спектр видимого випромінювання азоту
Якщо світло випромінюють тверді тіла, рідини чи дуже сильно стиснені гази, то на випромінювання кожного з атомів істотно впливають сусідні атоми. Унаслідок цього можна спостерігати розмивання ліній у спектрі випромінювання і плавний перехід від одного кольору до іншого. Так виглядає суцільний спектр.
Суцільний спектр випромінюють розжарені тверді тіла й розігріті рідини, які перебувають при певній температурі у стані термодинамічної рівноваги з випромінюванням (рис. 25.4.1)
Рис. 25.4. Спектри випромінювання: 1 — суцільний; 2 — Натрію; 3 — Гідрогену; 4 — Гелію. Спектри поглинання: 5 — сонячний; 6 — Натрію; 7 — Гідрогену; 8 — Гелію
СПЕКТРАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТА ЙОГО ЗАСТОСУВАННЯ. Лінійчатий спектр кожного хімічного елемента є індивідуальним (рис. 25.4).
Цю властивість використовують для спектрального аналізу сполук, оскільки кожний атом елемента в її складі випромінює свої лінії, які не зливаються з лініями інших елементів. Отже, дослідження лінійчатих спектрів речовин дає змогу визначити, з яких хімічних елементів вони складаються і в якій кількості міститься кожен елемент у певній речовині.
Кількісний вміст елемента в досліджуваному зразку визначають шляхом порівняння інтенсивності окремих ліній спектра цього елемента з інтенсивністю ліній іншого хімічного елемента, кількісний вміст якого в зразку відомий.
Метод визначення якісного і кількісного складу речовини з допомогою спектра називають спектральним аналізом.
Спектральний аналіз використовують у пошуках корисних копалин для визначення хімічного складу зразків руди. У промисловості спектральний аналіз дає змогу контролювати склад сплавів, домішок, що вводяться в метали для отримання матеріалів із заданими властивостями. З допомогою спектрального аналізу можна виявити в пробі масою 6 · 10-7 г присутність золота при його масі 10-8 г. Визначення марки сталі методом спектрального аналізу може бути виконаним за декілька десятків секунд.
Спектральний аналіз допомагає визначити хімічний склад небесних тіл, віддалених від Землі на відстань у мільярд світлових років. Хімічний склад атмосфер планет і скупчень холодного газу в міжзоряному просторі визначається за спектрами поглинання.
Вивчаючи спектри небесних тіл, учені змогли визначити не лише їх хімічний склад, а й температуру. По зміщенню ліній у спектрах небесних тіл визначають також швидкість їх руху відносно Землі.
Для отримання (характеристичних для певного елемента) лінійчатих спектрів випромінювання досліджувану речовину треба перевести в газоподібний стан і нагріти до високої температури. Найчастіше з цією метою використовують дуговий або іскровий розряди. Спостерігають спектри з допомогою спектроскопа (рис. 25.5).
Рис. 25.5. Спектроскоп
Якщо необхідно отримати фотографію спектра, фотоплівку або фотопластинку розміщують у тому місці, де отримується дійсне зображення спектра. Прилад для фотографування спектрів називають спектрографом.
! Головне в цьому параграфі
Лінійчатий спектр — це оптичне випромінювання збуджених атомів, яке виникає завдяки квантовим переходам між електронними рівнями енергії (атомні спектри). Смугастий спектр — це дискретні групи численних спектральних ліній, що складаються з безлічі тісно розташованих монохроматичних випромінювань (молекулярні спектри). Суцільний спектр випромінюють розжарені тверді тіла й розігріті рідини, які перебувають при певній температурі у стані термодинамічної рівноваги з випромінюванням
1. Які утруднення викликала планетарна модель Е. Резерфорда для пояснення процесів випромінювання енергії атомами? Як Н. Бор подолав їх? 2.Запишіть формулу, що дає змогу обчислити частоту будь-якої спектральної лінії в спектрі випромінювання атома Гідрогену. 3. Що називають спектром випромінювання? 4. Які види спектрів випромінювання ви знаєте? 5. Які речовини дають суцільний спектр? Які — лінійчатий? Чим відрізняються лінійчаті спектри різних газів і пари? 6. Що називають спектральним аналізом? На чому він ґрунтується?
Немає коментарів:
Дописати коментар