Emission och absorption av ljus genom atomer. Ursprunget för linjespektra

Den här artikeln innehåller de grundläggande begreppen som krävs för att förstå hur emission och absorption av ljus genom atomer. Det beskrivs också användningen av dessa fenomen.

Smartphone och fysik

Mannen som föddes efter 1990, kan hans liv utan en mängd olika elektroniska enheter inte ge. Smartphone ersätter inte bara telefonen, utan också gör det möjligt att övervaka de växelkurser, att handla, att kalla en taxi och även överensstämmer med astronauter ombord på ISS, genom sin ansökan. Respektive, och uppfattas av alla dessa digitala assistenter som en självklarhet. Emissionen och absorption av ljus genom atomer som gör och möjliggjort en tid präglad av att minska alla typer av enheter, så att dina läsare kommer att verka tråkig ämne i fysik lektioner. Men denna gren av fysiken en hel del intressant och spännande.

Teoretisk bakgrund för öppnandet av spektra

Det finns ett talesätt: "Den nyfikenhet före fall" Men detta uttryck snarare det faktum att fel relation är bättre att inte störa. Om däremot visar nyfikenhet mot världen, kommer inget fel inte att ske. I slutet av artonhundratalet, började folk att förstå arten av magnetism (som är väl dokumenterad i systemet för Maxwells ekvationer). Nästa fråga, som skulle tillåta forskare blev materiens struktur. Det är nödvändigt att omedelbart klargöra: för vetenskapen är inte mycket värdefullt emission och absorption av ljus genom atomer. Linjespektra - är en följd av detta fenomen och grunden för att studera materiens struktur.

struktur av atomen

Forskare i antikens Grekland tyder på att marmor består av flera stycken av odelbara "atomer". Och före slutet av artonhundratalet, folk trodde att det var de minsta partiklarna av materia. Men upplevelsen av Rutherford på spridning av tunga partiklar på guldfolie har visat att atomen har också en inre struktur. Heavy kärna är i centrum och positivt laddade, lätta negativa elektroner kretsar kring honom.

Paradoxer av atomer inom Maxwell teorin

Dessa resultat har gett upphov till flera paradoxer: enligt Maxwells ekvationer avger någon rörelse laddad partikel ett elektromagnetiskt fält, därför förlorar energi. Varför då elektronerna inte faller in i kärnan, och fortsätter att rotera? Det var också oklart varför varje atom absorberar eller avger fotoner av endast en viss våglängd. Bohr teori gjorde det möjligt att bota bristerna genom att ange orbitaler. Enligt lärosatserna av denna teori, kan elektronerna runt kärnan endast på dessa orbitaler. Övergången mellan de två grannländerna åtföljs antingen av emission eller absorption av en foton med en viss energi. Emission och absorption av ljus genom atomer är just på grund av detta.

våglängd, frekvens, energi

För en mer fullständig bild du behöver prata lite om fotoner. Dessa är elementarpartiklar som inte har någon vila massa. De existerar bara så länge rör sig genom miljön. Men vikten fortfarande: slående ytan de sänder det en impuls som skulle ha varit omöjligt utan massan. Bara en hel del av det omvandlas till energi, vilket gör att innehållet i de drabbade och de absorberas, lite varmare. Bohr teori förklarar inte detta faktum. Egenskaperna hos fotonen och funktionerna i dess beteende beskrivs av kvantfysik. Så fotonen - både våg och partikel med massa. Fotonen, och som en våg har följande egenskaper: en längd (λ), en frekvens (ν), energi (E). Ju längre våglängd desto lägre frekvens och desto lägre energi.

Spektrumet av en atom

Atomspektrum bildas i flera steg.

1. Elektroniska omkopplare i den atom med orbital 2 (av högre energi) på orbital 1 (med låg energi mindre).
2. Viss mängd energi frigörs, som är utformad som en kvant av ljus (hv).
3. Denna fotonen emitteras i det omgivande utrymmet.

Sålunda erhållits och linjespektrum atom. Varför kallas det på det sättet, förklarar hans bildas när särskilda anordningar "fånga" den utgående fotoner av ljus på en inspelningsapparat fast antal rader. Att separera fotoner av olika våglängder, som används av diffraktion fenomen vågor med olika frekvenser har olika brytningsindex, således, en mer avlänkade än den andra.

Ämnenas egenskaper och spektra

Linjespektrum av ämnet är unikt för varje typ av atomer. Det vill säga, i utsläppen av väte ger en uppsättning av linjer, och guld - andra. Detta faktum är grunden för tillämpning av spektroskopi. Att ha inhämtat spektrum något, kan man förstå vad som är i huvudsak i dess atomer anordnade i förhållande till varandra. Denna metod gör det möjligt att definiera och olika egenskaper hos de material, som ofta använder kemi och fysik. Absorption och emission av ljus genom atomer - en av de vanligaste verktygen för att studera omvärlden.

Nackdelar emissionsspektra

Fram till denna punkt säger mer om hur atomerna avger. Men oftast, alla elektroner är i orbitaler i sitt jämviktstillstånd, de har ingen anledning att flytta till andra stater. Ämnet är något avvisas, måste det först absorbera energi. Denna avsaknad av en metod som utnyttjar absorption och emission av ljus atom. säger i korthet att den första frågan för värme eller ljus, innan vi får spektrumet. Frågor kommer inte att uppstå, om en vetenskapsman som studerar stjärnorna, och så de lysa igenom sina interna processer. Men om du vill studera en bit malm eller livsmedel, för att erhålla spektrumet är det faktiskt nödvändigt att bränna. Denna metod är inte alltid fallet.

absorptionsspektra

Emission och absorption av ljus av atomer som metod "fungerar" i de två sidorna. Du kan lysa ett ljus på ämne bredband (dvs en i vilken det finns fotoner av olika våglängder), och sedan se vad våg längder absorbera. Men denna metod är lämplig inte alltid, vara säker på att materialet är transparent för den önskade delen av den elektromagnetiska vågen.

Kvalitativ och kvantitativ analys

Det stod klart att spektra är unik för varje ämne. Läsaren kan dra slutsatsen att denna analys endast används för att bestämma det material av vilket den är gjord. Det är dock mycket bredare det möjliga området. antalet atomer inom föreningen kan ställas in med speciella tekniker bredd undersökning och erkännande och intensitet av de resulterande linjerna. Dessutom kan denna indikator uttryckas i olika enheter:

• procentsats (till exempel, innehåller denna legering en% aluminiumoxid);
• i mol (upplösta i denna vätska 3 mol natriumklorid);
• i gram (närvarande i provet av 0,2 g av uran och torium 0,4 gram).

Ibland analysen blandas: både kvalitativa och kvantitativa. Men medan fysiker memorerade läget för linjer och utvärderade deras skugga med hjälp av speciella tabeller, men nu är det allt gör programmet.

Användningen av spektrum

Vi har redan diskuterat i detalj vad emission och absorption av ljus genom atomer. Spektralanalys används mycket brett. Det finns inget område av mänsklig aktivitet, oavsett var vi överväger fenomenet används. Här är några av dem:

1. I början av den här artikeln talade vi om smartphones. Kiselhalvledarelement har blivit så liten, även genom forsknings kristaller med användning av spektralanalys.
2. Om någon incident är det unika med elektronskal av varje atom bestämmer vilken typ av kula sparken först, varför bilen gick sönder ram eller tornkran, liksom vissa gift förgiftade människor och hur mycket tid han tillbringade i vattnet.
3. Läkemedel som används för spektralanalys till sin fördel oftast i samband med kroppsvätskor, men det händer att denna metod tillämpas på vävnaderna.
4. Avlägsna galaxer, kosmiskt gasmoln, planeter framför stjärnorna - allt detta studeras av ljus och dess sönderfall i spektra. Forskarna vet sammansättningen av dessa föremål, deras hastighet och de processer som sker i dem på grund av det faktum att de kan fånga och analysera fotoner de avger eller absorberar.

elektromagnetisk skala

Mest av allt, vi uppmärksamma för synligt ljus. Men på den elektromagnetiska skalan detta segment är mycket liten. Det faktum att det mänskliga ögat inte löser mycket bredare sju regnbågens färger. Kan avge och absorbera inte bara synliga fotoner (λ = 380-780 nm), men andra fotoner. Elektromagnetisk skala innefattar:

1. Radiovågor (X = 100 kilometer) sända information över långa avstånd. På grund av den mycket stora våglängd, är deras energi mycket låg. De är mycket lätt absorberas.
2. Terahertz våg (A, = 1-0,1 millimeter) tills nyligen, var inte lätt tillgänglig. Tidigare, innefattar deras sortiment radiovågor, men nu detta segment av den elektromagnetiska vågen är allokerade i en separat klass.
3. Infraröd våglängd (A, = 0,74-2000 mikrometer) värmeöverföring. Eld, ljus, sol släpper dem i överflöd.

Synligt ljus vi granskat, så mer information om det inte kommer att skriva.

Ultraviolett våglängd (λ = 10-400 nm) letal för människan i överskott, men deras nackdel är irreversibel. Vårt centrala stjärna ger mycket ultraviolett ljus, och jordens atmosfär behåller det mesta.

Röntgenstrålar och gammastrålar (X <10 nm) har ett gemensamt spektrum, men skiljer sig i ursprung. För att erhålla dem, är det nödvändigt att dispergera elektroner eller atomer till mycket höga hastigheter. Laboratoriet för människor är kapabla av det, men i naturen av sådan kraft endast ske inuti stjärnor, eller kollisioner av massiva objekt. Ett exempel på det senare förfarandet kan fungera som supernovaexplosioner, absorptionen av stjärnan av en svart hål, mötet mellan två galaxer och galaxer och massiva moln av gas.

Elektromagnetiska vågor med alla intervall, nämligen deras förmåga att utsända och absorberas av atomer, används i mänsklig aktivitet. Oavsett det faktum att läsaren har valt (eller endast till utvalda) som hans livets stigar, han säkert ansikte med resultaten av spektrala studier. Säljaren har en modern betalningsterminal eftersom när forskare studerade ämnenas egenskaper och skapade ett mikrochip. Agrara befruktar fälten och samla hög avkastning är nu bara för att en gång en geolog upptäcktes i en bit av fosfor malm. Hon bär ljusa kläder endast med uppfinningen av långlivade kemiska färgämnen.

Men om läsaren vill ansluta sitt liv med den vetenskapliga världen, måste du studera mycket mer än de grundläggande begreppen i processen av emission och absorption av fotoner av ljus i atomer.