Емисија и апсорпција светлости атомима. Порекло линијских спектара
Овај чланак описује основне концепте потребне за разумевање како се атоми емитују и апсорбују светлост. Такође описује употребу ових феномена.
Смартпхоне и физика
Човек који је рођен касније од 1990, његовживот без разних електронских уређаја не може да замисли. Паметни телефон не само да замењује телефон, већ и пружа могућност надгледања курса, склапања послова, позивања такси и чак комуникације са астронаутима на ИСС-у кроз своје апликације. Сходно томе, сви ови дигитални асистенти су узети здраво за готово. Емисија и апсорпција светлости од стране атома, захваљујући којој је постојала могућност смањивања свих врста уређаја, чини се читаоцима само као досадна тема у часовима физике. Али у овом делу физике много је интересантних и фасцинантних.
Теоријски предуслови за откривање спектра
Постоји изрека: "Радозналост неће донијети добро." Али овај израз највјероватније се тиче чињенице да је боље не мешати у односе других људи. Ако показујете радозналост свету, ништа лоше неће доћи. Крајем КСИКС века људи су постали свесни природе магнетизма (добро је описан у Маквелловом систему једначина). Следеће питање које су научници хтели да реше била је структура материје. Неопходно је одмах разјаснити: за науку то није емисија и апсорпција свјетлости од стране атома који је вриједан. Линијски спектри су посљедица овог феномена и основе за проучавање структуре супстанци.
Атомска структура
Научници у древној Грчкој су то предложилиМермер се састоји од неких недељивих делова, "атома". И до краја деветнаестог века, људи су мислили да су то најмањи честице материје. Али Ратерфордово искуство у распршивању тешких честица на златној фолији показало је да атом такође има унутрашњу структуру. Тешко језгро је у центру и позитивно је напуњено, а негативни електрони се окрећу око ње.
Парадокси атома у оквиру теорије Маквелла
Ови подаци доводе до неколико парадокса: према Маквелловим једначинама, свака покретна пуњена честица емитује електромагнетно поље, стога губи енергију. Зашто онда електрони не пада на језгро, али настављају да ротирају? Такође није било јасно зашто сваки атом апсорбује или емитира фотоне само одређене таласне дужине. Борова теорија омогућила је да се ове недоследности елиминишу уласком у орбитале. Према постулатима ове теорије, електрони се могу налазити око језгра само на овим орбитама. Прелаз између две суседне државе праћен је било емисијом или апсорпцијом кванта са одређеном енергијом. Емисија и апсорпција светлости од стране атома долази управо због тога.
Таласна дужина, фреквенција, енергија
За потпунију слику морате рећимало о фотонима. То су елементарне честице које немају масу за одмор. Они постоје само док се крећу кроз околину. Али они и даље имају масу: ударајући по површину, дају им импулс, што би било немогуће без масе. Једноставно претварају своју масу у енергију, чинећи супстанцу о којој су ударали и са којом се апсорбују је мало топлије. Борова теорија не објашњава ову чињеницу. Карактеристике фотона и карактеристике његовог понашања описују квантна физика. Дакле, фотон је и талас и честица са масом. Фотон, и као талас, има следеће карактеристике: дужину (λ), фреквенцију (ν), енергију (Е). Што дужи таласна дужина, нижа је фреквенција, а нижа је енергија.
Атом спектар
Атомски спектар се формира у неколико фаза.
- Електрон у атому пролази од орбиталне 2 (са вишом енергијом) до орбитала 1 (са мањом енергијом).
- Ослобађа се одређена количина енергије, која се формира као квант светлости (хν).
- Овај квант се емитује у околни простор.
Овако добијамо спектар линије.атом. Зашто се то назива овакав начин објашњава његов облик: када специјални уређаји "ухвате" излазне фотоне светлости, на уређају региструје се низ линија. За одвајање фотона различитих таласних дужина користи се дифракциони феномен: таласи са различитим фреквенцијама имају различите рефрактивне индексе, стога су неке одмерјене више од других.
Својства супстанци и спектара
Линијски спектар је јединствен за сваку супстанцу.врста атома. То јест, кад се емитује, водоник ће дати један скуп линија, а злато - други. Ова чињеница је основа за примену спектрометрије. Након добијања спектра било чега, може се разумјети од чега састоји састојка, како се атоми налазе у њој релативно једни према другима. Овим методом можете дефинисати различита својства материјала чија се кемија и физика често користе. Апсорпција и емисија светлости од стране атома један је од најчешћих алата за проучавање околног света.
Недостаци методе емисионих спектара
До ове тачке више се говори о томеАтоми зраче. Али обично су сви електрони у својој орбити у стању равнотеже, немају разлога да се преселе у друге државе. Да би једна супстанца нешто емитовала, прво мора да абсорбује енергију. Ово је недостатак методе која експлоатише апсорпцију и емисију светлости атому. На кратко ћемо рећи да супстанца мора прво да се загреје или осветли пре него што добијемо спектар. Неће бити питања. Ако научник проучава звезде, они већ сијају захваљујући сопственим унутрашњим процесима. Међутим, ако желите да проучите комад руде или хране, онда је за стварање спектра потребно запалити. Ова метода није увек погодна.
Спектра апсорпције
Радијација и апсорпција светлости атомима као метода"Ради" у два правца. Можете сјајити супстанцу на широкопојасном светлу (то јест у којој постоје фотони различитих таласних дужина), а затим видјети који су таласи апсорбовани. Али ова метода није увек погодна: неопходно је да супстанца буде провидна за жељени део електромагнетне скале.
Квалитативна и квантитативна анализа
Постало је јасно: Спецтра су јединствене за сваку супстанцу. Читач би могао закључити: таква анализа се користи само да би се утврдило од чега се прави материјал. Међутим, могућности спектра су много шире. Помоћу посебних метода разматрања и препознавања ширине и интензитета добијених линија можете одредити број атома у једињењу. Штавише, овај показатељ се може изразити у различитим јединицама:
- у процентима (на пример, ова легура садржи 1% алуминијума);
- у моловима (3 молове соли раствори се у овој течности);
- у грамима (у овом узорку има 0,2 г уранијума и 0,4 грама торијума).
Понекад је анализа мешовита: квалитативно и квантитативно истовремено. Међутим, ако су раније физичари запамтили положај линија и проценили њихову боју помоћу посебних табела, сада програми све то ураде.
Спецтра апликација
Већ смо детаљно анализирали шта је тоемисију и апсорпцију светлости атомима. Спектрална анализа се користи веома широко. Не постоји ниједно поље људске активности гдје год се користи феномен који се разматра. Ево неких од њих:
- На самом почетку чланка говорили смо о паметним телефонима. Силицијумски полупроводнички елементи постали су тако мали, укључујући и проучавање кристала користећи спектралну анализу.
- У сваком случају, то је јединственоЕлектронска шкољка сваког атома нам омогућава да одредимо који је метак први пут испаљен, зашто је рам ауто раскинут или пао кула и отров који је тровао особом и колико је времена провео у води.
- Медицина се најчешће користи у спектралној анализи у односу на телесне течности, али се дешава да се ова метода примјењује на ткива.
- Дистантне галаксије, облаци козмичног гаса,планете од ванземаљских звезда - све ово се проучава помоћу светлости и његовог распадања у спектре. Научници препознају састав ових предмета, њихову брзину и процесе који се јављају у њима, због чињенице да могу да снимају и анализирају фотоне које емитују или апсорбују.
Електромагнетна скала
Већина пажње посвећујемо видљивој светлости. Али на електромагнетној скали, овај сегмент је врло мали. Чињеница да људско око не поправи је много шири од седам боја дуге. Не само видљиви фотони (λ = 380-780 нанометара), већ и други кванти могу се емитовати и апсорбовати. Електромагнетна скала обухвата:
- Радио таласи (λ = 100 километара) преносе информације на велике раздаљине. Захваљујући њиховим дугим таласним дужинама, њихова енергија је веома ниска. Веома се лако апсорбују.
- ТХз таласи (λ = 1-0,1 милиметара) до недавно је било тешко приступати. Раније је њихов опсег био укључен у радио таласе, али сада овај сегмент електромагнетне скале истиче у посебној класи.
- Инфрацрвени таласи (λ = 0,74-2000 микрометара) преносе топлоту. Бонфире, лампа, Сунце их емитују у обиљу.
Прегледали смо видљиво светло, тако да о томе више нећемо писати.
Ултравиолетни таласи (λ = 10-400 нанометара) су фатални за људевишак, али њихов недостатак узрокује неповратне процесе. Наша централна звезда даје пуно ултраљубичастог свјетла, а атмосфера Земље задржава већину.
Кс-зраци и гама кванта (λ <10 нанометара) имају заједнички распон, алиразликују се по пореклу. Да бисте их добили, потребно је убрзати електроне или атоме на веома велике брзине. Људске лабораторије су способне за ово, али су у природи такве енергије пронађене само унутар звезда или у сударању масовних објеката. Пример другог процеса може служити као експлозије супернове, апсорпција звезде црном рупом, састанак две галаксије или галаксије и масивни облак гаса.
Електромагнетни таласи свих опсега, наимењихова способност да се емитују и апсорбују атоми користе се у људској активности. Без обзира на то што је читалац изабрао (или ће само изабрати) као свој животни пут, он ће се дефинитивно суочити са резултатима спектралних студија. Продавац користи модеран платни терминал само зато што је једном научник истражио особине супстанци и створио микрочип. Фармер оплоди поља и прикупља велике приносе сада само зато што је један геолог једном открио фосфор у комаду руде. Девојка носи сјајне одјеће само захваљујући изуму упорних хемијских боја.
Али ако читалац жели да повеже свој живот са светом науке, онда ће морати да проучава много више од основних појмова процеса емисије и апсорпције кванта светлости у атомима.
