Která tělesa mají pruhovaná spektra? Pruhovaná spektra. Metoda stanovení chemického složení z jeho spektra

Existují tři typy emisních spekter – čárové, pruhované a spojité. Čárová spektra jsou pozorována v případech, kdy emitují jednotlivé atomy nebo ionty. Skládají se z řady čar charakteristických pro danou látku, oddělených tmavými mezerami. Každý řádek odpovídá specifické vlnové délce, nazývané monochromatické. Čárová spektra charakterizují jevy vyskytující se uvnitř atomu.

Pásová spektra jsou emitována molekulami. Pás je řada těsně rozmístěných spektrálních čar. Emise pruhovaných spekter ukazuje na komplikaci energetických stavů molekuly ve srovnání se stavy izolovaného atomu v důsledku vibrací a rotační pohyby její základní jádra.

Spojitá spektra jsou emitována pevnými látkami. Kontinuální povaha těchto spekter je důsledkem silné interakce částic, které tvoří pevnou látku.

Typ čárového spektra závisí na struktuře atomu odpovídajícího chemického prvku, proto mají všechny chemické prvky přesně definovaná čárová spektra, lišící se od sebe jak počtem čar, tak svými vlnovými délkami. Nejjednodušší čárové spektrum vytváří atom vodíku, který má nejjednodušší strukturu. Hledání vysvětlení vzorů obsažených v tomto spektru vedlo k vytvoření kvantově mechanické teorie atomu.

Předně je třeba poznamenat, že čáry v emisním spektru libovolného atomu, včetně atomu vodíku, nejsou umístěny náhodně, ale lze je spojovat do skupin nazývaných série. Uspořádání čar v těchto sériích podléhá určitým vzorům. Ve viditelné části spektra atomu vodíku je to Balmerova řada, v ultrafialové - Lymanova řada, v blízké infračervené - Paschenova řada atd. Experimentálně nalezený vzorec pro vlnové délky l čar v každé z těchto řad má tvar:

Říká se tomu zobecněný Balmerův vzorec. V tomto vzorci R = 1,097 x 107 m-1- Rydbergova konstanta, n A m celá čísla. Pro daný nčíslo m přijímá všechny celočíselné hodnoty počínaje n+1. Li n=1 vzorec (1) popisuje Lymanovu řadu, n=2 série Balmer, n=3- Paschenova řada.

Fyzikální význam tohoto vzorce vyplývá z teorie struktury atomu vodíku a atomů podobných vodíku, vytvořené Bohrem na základě Planckovy kvantové hypotézy a klasického planetárního modelu atomu Rutherforda. Bohr postuloval hlavní ustanovení teorie, kterou vyvinul.

První postulát: v atomu existuje řada diskrétních stacionárních stavů, které odpovídají určitým hodnotám energie atomu: E 1, E 2, E 3,… . Ve stacionárním stavu atom nevyzařuje ani neabsorbuje energii.

Druhý postulát: k emisi a absorpci energie dochází při přechodu z jednoho stacionárního stavu do druhého. V tomto případě je emitováno nebo absorbováno kvantum energie hn, rovna energetickému rozdílu mezi dvěma stacionárními stavy:

hn = Em - En (2)

Kde h- Planckova konstanta. Výraz (2) určuje frekvenci n monochromatického záření emitovaného nebo absorbovaného atomem při přechodu ze stavu m do stavu n (Bohrova frekvenční podmínka).

Diskrétní stacionární stavy v Bohrově teorii byly vybrány pomocí speciálního pravidla pro kvantování drah, které bylo formulováno následovně: ze všech drah možných podle klasické mechaniky jsou realizovány pouze ty, ve kterých je moment hybnosti elektronu násobkem hodnoty ( třetí postulát):

Ve vzorci (3) m– hmotnost elektronů; Vn- rychlost elektronů na n stacionární oběžná dráha; r n- poloměr této oběžné dráhy; n- celé číslo: 1, 2, 3, ....

Po Bohrovi uvažujme atomový systém skládající se z jádra s nábojem Ze a jednoho elektronu s nábojem - E.

Na Z= 1, takový systém odpovídá atomu vodíku, s jiným Z - atom podobný vodíku, tzn. atom s atomovým číslem Z, ze kterého byly kromě jednoho odstraněny všechny elektrony. Pro zjednodušení výpočtů předpokládejme, že elektron rotuje po kruhové dráze a hmotnost jádra je ve srovnání s hmotností elektronu nekonečně velká a jádro je nehybné.

Dostředivá síla, která drží elektron na n-té stacionární dráze, je vytvářena silou Coulombovy přitažlivosti k jádru.

Odtud: , (4)

těch. Když se elektron pohybuje po oběžné dráze, jeho kinetická energie a potenciální energie jsou ve vztahu 2T = -U (5)

Vydělením rovnice (4) rovnicí (3) získáme výraz pro rychlost elektronu při n-tý stacionární obíhat

Celková energie (E) elektronu na n-té stacionární dráze se skládá z kinetické a potenciální energie a při zohlednění vzorce (5) se rovná:

Dosazením hodnoty rychlosti (6) do tohoto vzorce získáme následující výraz pro energie stacionárních stavů atomu:

Když se elektron přesune z dráhy m na dráhu n, je emitováno kvantum energie podle vzorce (3)

Odtud frekvence spektrální čáry

Ve spektroskopii se obvykle používají vlnová čísla. Pak

Pro vodík (Z = 1) má vzorec (7) tvar:

a shoduje se se zobecněným Balmerovým vzorcem (1), který byl empiricky zjištěn pro vlnová čísla spektrálních čar atomu vodíku. Ze vzorců (1) a (8) vyplývá, že

Tato hodnota se shoduje s experimentální určitou hodnotu Rydbergova konstanta.

Obrázek 1 ukazuje diagram energetických hladin a tři série spektrálních čar atomu vodíku.

Přechody z vyšších hladin na hladinu n = 1 odpovídají záření z ultrafialové Lymanovy řady (I), pro kterou ze vzorce (8) získáme:

Kde m = 2, 3, 4, ...

Přechody z vyšších úrovní na úroveň n = 2 odpovídají záření z viditelné Balmerovy řady (II):

Kde m = 3, 4, 5, ...

Přechody z vyšších úrovní na úroveň n = 3 odpovídají záření infračervené řady Paschen (III):

Kde m = 4, 5, 6, .…

Když atom absorbuje světlo, elektrony se pohybují z nižších úrovní na vyšší. V tomto případě atom přechází ze základního stavu do excitovaného.

Bohrova teorie se vyznačovala vnitřní logickou nekonzistencí, takže se nemohla stát konzistentní kompletní teorií atomových jevů. V současné době jsou spektra atomů a molekul vysvětlována v rámci kvantové mechaniky.

Přístup k popisu stavu mikročástic v kvantové mechanice je zásadně odlišný od klasického. Neumožňuje nám jednoznačně určit polohu částice v prostoru a její trajektorii, jak se to děje v klasické mechanice, protože v mikrosvětě tyto pojmy ztrácejí smysl, ale pouze předpovídá: s jakou pravděpodobností lze tuto částici detekovat při různých body ve vesmíru. Proto má kvantová mechanika statistickou povahu.

Základem matematického aparátu kvantové mechaniky je tvrzení, že popis stavu systému se provádí určitou funkcí souřadnic a času Y, charakterizující tento stav. Tato funkce se nazývá vlnová funkce. Fyzikální význam nemá samotná vlnová funkce, ale druhá mocnina jejího modulu, která určuje pravděpodobnost dw detekce předmětu (mikročástice) v objemovém prvku dV. Pokud je funkce Y normalizována, pak dw = |Y| 2 dV (9)

Pojďme zjistit vlastnosti vlnové funkce. S ohledem na to, co bylo řečeno výše o fyzickém významu |Y| 2 vlnová funkce, Y by mělo být:

1. konečná, protože pravděpodobnost nemůže být větší než jedna;

2. jednoznačný;

3. průběžný, protože pravděpodobnost se nemůže náhle změnit.

Pro popis stavu systému v kvantové mechanice je tedy nutné znát vlnovou funkci tohoto systému. Vyplývá to ze Schrödingerovy rovnice, která je základní rovnicí nerelativistické kvantové mechaniky. Tato rovnice není odvozena, ale je postulována na základě Obecné úvahy. Jeho platnost je prokázána shodou teoretických výsledků z něj získaných s experimentálními fakty. Obecně platí, že Schrödingerova rovnice má následující tvar:

Tady m- hmotnost částic, U- funkce souřadnic a času, rovna potenciálu silového pole s opačným znaménkem, i- imaginární jednotka, - Laplaceův operátor, .

Pokud je silové pole, ve kterém se částice nachází, stacionární (nezávisí na čase), pak potenciál U nezávisí na čase a přebírá význam potenciální energie příslušné částice ve vnějším silovém poli. V tomto případě může být Y reprezentováno jako součin dvou funkcí, z nichž jedna závisí pouze na souřadnicích a druhá pouze na čase.

Tady E- celková energie částice, která se v případě stacionárního pole v čase nemění.

Po dosazení tohoto výrazu do rovnice (10) pro funkci y(x,y,z) získá se následující rovnice:

která se nazývá Schrödingerova rovnice pro stacionární stavy.

Uvažujme atom vodíku z pohledu kvantové mechaniky. Dosadíme hodnotu potenciální energie elektronu v jaderném poli do stacionární Schrödingerovy rovnice:

Rovnice (11) má v tomto případě tvar:

Protože pole jádra atomu vodíku má sférickou symetrii, je vhodné tuto rovnici řešit ve sférickém souřadnicovém systému (r, j, Q). Řešení se provádí metodou separace proměnných, reprezentujících vlnovou funkci jako součin dvou funkcí, z nichž jedna závisí pouze na r, a druhý pouze z úhlových souřadnic j, Q.

y(r,Q,j) = R(r)×Y(Q,j)

S touto reprezentací je pravděpodobnost, že částice má hodnoty souřadnic v rozsahu od r před r+dr určeno čtvercem |rR| 2.

Řešení Schrödingerovy rovnice (12) vede k následujícím hlavním výsledkům.

1. Vodíkový elektron má diskrétní energetické spektrum. Vlastní hodnoty energie jsou určeny výrazem:

Kde n- hlavní kvantové číslo s libovolným celým číslem kladná hodnota (n = 1, 2, 3, ...).

2. Orbitální moment hybnosti elektronu L může nabývat pouze následující diskrétní řady hodnot:

Kde l- orbitální (azimutální) kvantové číslo. Může nabývat libovolné hodnoty z následujícího: l= 0, 1, 2, 3, ..., (n-1) - pouze n hodnot. Podmínka s l= 0 se obvykle nazývá s - stav, s l = 1 – R- stav, c l= 2 – d-stav, s l = 3 – F- stav atd.

3. Orbitální moment hybnosti lze vzhledem k fyzikálně zvolenému směru v prostoru (z) orientovat pouze tak, že jeho průmět do tohoto směru je násobkem , tedy

m- nazývané magnetické kvantové číslo. Může nabývat následujících hodnot:

m=0, ±1, ±2, …, ± l- celkem (2 l+ 1) hodnoty.

Stav elektronu v atomu vodíku je tedy určen třemi kvantovými čísly – hlavním n, která určuje energii státu E n; azimutální l, charakterizující moment hybnosti elektronu L a magnetické m, který určuje orientaci L vzhledem ke zvolenému směru v prostoru. Stavy jsou popsány vlastními vlnovými funkcemi Yn, l, m což jsou řešení Schrödingerovy rovnice (18).

Schrödingerova rovnice je nerelativistická. Zohlednění relativistických efektů (Diracova rovnice) vede k existenci vlastního momentu hybnosti elektronu – spinu, určeného kvantovým číslem s, rovná se 1/2:

Projekce rotace do zvoleného směru z může nabývat 2s + 1= 2 různé hodnoty:

kde je kvantové číslo projekce spinu elektronu. Vezmeme-li v úvahu spin, je stav elektronu v atomu charakterizován čtyřmi kvantovými čísly: ke kvantovým číslům n, l, m mělo by být přidáno spinové kvantové číslo slečna.

Všimněte si, že diskrétnost fyzikálních veličin, charakteristická pro jevy atomového světa, v kvantové mechanice přirozeně vyplývá z řešení Schrödingerovy (Diracovy) rovnice, zatímco v Bohrově teorii musela být zavedena pomocí dodatečných podmínek v podstatě ne klasická příroda.

LABORATORNÍ PRÁCE č. 3

Téma: „STUDIUM Spektroskopu. POZOROVÁNÍ ABSORPČNÍHO SPEKTRA OXYHEMOGLOBINU"

CÍLOVÁ. Prozkoumat teoretický základ spektrometrie, naučit se získávat spektra pomocí spektroskopu a analyzovat je.

ZAŘÍZENÍ A PŘÍSLUŠENSTVÍ. Spektroskop, žárovka, zkumavka s krví (oxyhemoglobin), stativ, drát s kouskem vaty, baňka s lihem, kuchyňská sůl (chlorid sodný), zápalky.

STUDIJNÍ PLÁN

1. Stanovení rozptylu světla.

2. Cesta paprsků ve spektroskopu.

3. Typy a typy spekter.

4. Kirchhoffovo pravidlo.

5. Vlastnosti záření a absorpce energie atomy.

6. Pojem spektrometrie a spektroskopie.

7. Aplikace spektrometrie a spektroskopie v lékařství.

STRUČNÁ TEORIE

Disperze světelných vln je jev způsobený závislostí indexu lomu na vlnové délce.

Obr. 1. Rozptyl světla

U mnoha průhledných látek se index lomu zvyšuje s klesající vlnovou délkou, tzn. fialové paprsky se lámou silněji než červené, což odpovídá normální disperze.

Rozložení jakéhokoli záření na vlnových délkách se nazývá spektrum tohoto záření. Spektra získaná ze svítících těles se nazývají emisní spektra. Emisní spektra existují ve třech typech: spojitá, čárová a pruhovaná. Spojité spektrum, ve kterém se spektrální čáry plynule přeměňují jedna v druhou, dává žárovku

pevné látky, kapaliny a plyny pod vysokým tlakem.

Obr.2. Spojité emisní spektrum

Atomy zahřátých zředěných plynů nebo par vytvářejí čárové spektrum skládající se z jednotlivých barevných čar. Každý chemický prvek má charakteristické čárové spektrum.

Obr.3. Čárové emisní spektrum

Pruhované ( molekulové spektrum), skládající se z velké číslo jednotlivé linie splývající do pruhů produkují svítivé plyny a páry.

Transparentní látky pohlcují část na ně dopadajícího záření, takže ve spektru získaném po průchodu bílého světla látkou mizí některé barvy a objevují se tenké čáry nebo pruhy.

Spektra tvořená sadou tmavých čar na pozadí souvislého spektra horkých pevných, kapalných nebo plynných médií o vysoké hustotě se nazývají absorpční spektrum.

Obr.4. Absorpční spektrum

Podle Kirchhoffova zákona atomy nebo molekuly dané látky absorbují světlo o stejných vlnových délkách, jaké vyzařují v excitovaném stavu.

Energie emitovaná atomy nebo molekulami tvoří emisní spektrum a absorbovaná energie tvoří absorpční spektrum. Intenzita spektrálních čar je určena počtem identických přechodů elektronů z jedné úrovně do druhé za sekundu, a proto závisí na počtu emitovaných (absorbujících) atomů a pravděpodobnosti odpovídajícího přechodu. Struktura hladin a následně i spekter závisí nejen na struktuře jednotlivého atomu nebo molekuly, ale také na vnějších faktorech.

Spektra jsou zdrojem různých informací. Metoda kvalitativního a kvantitativního rozboru látky na základě jejího spektra se nazývá spektrální analýza. Přítomností určitých spektrálních čar ve spektru lze detekovat malá množství chemické prvky(do 10-8 g), což nelze provést chemickými metodami.

VZHLED spektroskopu

ZAŘÍZENÍ SPEKTROSKOPU

Spektroskop má tyto hlavní části (obr. 6):

1. Kolimátor K, což je trubice s objektivem O 1 na jednom konci a s drážkou Ш na druhém. Štěrbina kolimátoru je osvětlená

žárovka. Protože je štěrbina v ohnisku čočky O1, dopadají světelné paprsky opouštějící kolimátor na hranol P v paralelním paprsku.

2. P je hranol, ve kterém se svazek paprsků láme a rozkládá podle jejich vlnové délky.

3. Dalekohled T se skládá z objektivu O 2 a okulár OK. Čočka O2 slouží k zaostření P vycházejícího z hranolu.

rovnoběžné barevné paprsky v jejich ohniskové rovině. Okulár Ok je lupa, přes kterou je pozorován obraz vytvářený čočkou O2.

Rýže. 2. Návrh spektroskopu a tvorba spektra.

Tvorba spektra ve spektroskopu probíhá následovně. Každý bod štěrbiny spektroskopu, osvětlený světelným zdrojem, vysílá paprsky do čočky kolimátoru a vystupuje z ní v paralelním paprsku. Paralelní paprsek vycházející z čočky dopadá na přední stranu hranolu P. Po lomu na jeho přední straně se paprsek rozdělí na řadu rovnoběžných monochromatických paprsků jdoucích různými směry v souladu s různými lomy paprsků různé vlnové délky. Obrázek 6 ukazuje pouze dva takové paprsky – například červený a fialový o určitých vlnových délkách. Po lomu na zadní straně hranolu P vystupují paprsky do vzduchu jako předtím ve formě svazků rovnoběžných paprsků svírajících mezi sebou určitý úhel.

Po lomu v čočce O2 se paralelní paprsky paprsků různých vlnových délek sbíhají ve svém vlastním bodě na zadní ohniskové rovině čočky. V této rovině získáte spektrum: řadu barevných obrázků vstupní štěrbiny, jejichž počet se rovná počtu různých monochromatických záření přítomných ve světle.

Okulár Ok je umístěn tak, aby výsledné spektrum bylo v jeho ohniskové rovině, která se musí shodovat se zadní ohniskovou rovinou čočky O2. V tomto případě bude oko fungovat bez námahy, protože Z každého snímku spektrální čáry do ní budou vstupovat paralelní paprsky paprsků.

OTÁZKY K SEBEOVLÁDÁNÍ

1. Co znamená rozptyl světla?

2. Co je spektrum?

3. Které spektrum se nazývá spojité nebo spojité?

4. Záření z jakých těles poskytuje pruhovaná spektra?

5. Která tělesa vyzařují čárové spektrum? Jaký opravdu je?

6. Vysvětlete vznik spekter ve spektroskopu.

7. Kirchhoffovo pravidlo.

8. Co je spektrální analýza?

9. Aplikace spektrální analýzy.

10. Jaká tělesa se nazývají bílá, černá, průhledná?

	PRACOVNÍ PLÁN

Subsekvence		Jak dokončit úkol
akce		Jak dokončit úkol
akce
1. Získávání spektra		Zapojte žárovku. Umístěte slot
emise z lampy		kolimátor tak, aby na něj dopadl dopadající paprsek světla.
žhavící		Pomocí mikrometrického šroubu dosáhnete nejvíce
		jasné spektrum světelného zdroje a načrtněte výsledné spektrum
		a popsat a vyvodit závěr
3. Získávání spektra		Umístěte zkumavku s krví mezi lampu a štěrbinu
absorpce kyslíku		kolimátoru, nastavte hranice absorpčních pásem. Skica
		absorpční spektrum, dosažení jasného obrazu,
		označte vlastnosti.
2. Získávání spektra		Navlhčete vatu na drátu alkoholem a zajistěte ji v tlapce
sodné páry.		stativ pod štěrbinou kolimátoru. Zapalte vatu a sledujte
		spojité spektrum. Posypání vaty s pálením
		stolní sůl, pozorujte vzhled světlé
		žlutá linka sodíkových par. Načrtněte výsledné spektrum par
		sodíku a vyvodit závěr.
4. Udělejte závěr.

1 možnost

1. K jakému typu záření (tepelnému nebo luminiscenčnímu) patří záře:

1. lití kovu rozžhaveného; 2. lampy denní světlo;

3. hvězdy; 4. některé hlubokomořské ryby.

A. 1, 3 – termální, 2, 4 – luminiscenční; B. 1, 2, 3, 4 – pouze termika;

V. 1, 2, 3, 4 a termální a luminiscenční; D. 1, 4 – termální, 2, 3 – luminiscenční.

2. Záře pevných látek způsobená jejich bombardováním elektrony se nazývá:

A. elektroluminiscence B. katodoluminiscence C. tepelná záře

D. chemiluminiscence D. fotoluminiscence

3. Tělesa sestávající z excitovaných molekul, které spolu neinteragují, emitují

4. Která tělesa se vyznačují pruhovaným absorpčním a emisním spektrem?

B. Pro kterékoli z výše uvedených těles D. Pro zahřáté atomové plyny

D. Pro zředěné molekulární plyny

5. Spojitá (pevná) spektra jsou dána umístěnými tělesy

A. pouze v pevném stavu při velmi vysokých teplotách;

B. v plynném molekulárním stavu, ve kterém jsou molekuly nevázané nebo slabě vázané

spolu;

V. v plynném atomovém stavu, ve kterém atomy prakticky neinteragují

spolu;

G. v pevném nebo kapalném stavu, stejně jako vysoce stlačené plyny

6. Látka v plynném atomovém stavu dává:

A. spojité spektrum záření B. čárové spektrum záření

B. pruhované emisní spektrum D. kontinuální absorpční spektrum

D. pruhované absorpční spektrum

7. Spektrální analýza umožňuje určit:

A. chemické složení látky; B. rychlost pohybu těla; B. objem těla;

G. tělesná hmotnost; D. tělesná teplota; E. tlak vzduchu.

8. Obrázek ukazuje fotografie absorpčních spekter Na, H, Ca a neznámého plynu. Podle

Na základě spekter lze konstatovat, že neznámý plyn obsahuje znatelné množství

A. sodík (Na), vodík (H), vápník (Ca); B. vodík (H) a vápník (Ca);

B. sodík (Na) a vodík (H); G. sodík (Na) a vápník (Ca

Fyzika 11 Test „Druhy záření. Spectra"

Možnost 2

1. Záření, při kterém je energie ztracená atomy pro vyzařování světla kompenzována energií

tepelný pohyb atomů (nebo molekul) vyzařujícího tělesa se nazývá:

A. elektroluminiscence B. fotoluminiscence C. tepelné záření

D. katodoluminiscence D. chemiluminiscence

2. Elektroluminiscence je záření produkované energií

A. elektrony bombardující povrch vyzařující pevné látky;

B. elektrické pole, které je sděleno elektronům srážejícím se s atomy

vyzařující těleso;

B. elektromagnetické vlny pohlcované atomy vyzařujícího tělesa;

G. uvolněný při elektrické interakci iontů vyzařujícího tělesa

3. Excitované atomy vysoce zředěných plynů a nenasycených par, ne

při vzájemné interakci, vyzařují spektra:

A. pruhovaný; B. pevná látka; V. vládl.

4. Pevné látky sestávající z excitovaných, neustále interagujících molekul a iontů.

vyzařovat spektra:

A. pruhovaný; B. pevná látka; V. vládl.

5. Která tělesa se vyznačují čárovým absorpčním a emisním spektrem?

A. Pro ohřáté pevné látky B. Pro ohřáté kapaliny

B. Pro zředěné molekulární plyny D. Pro zahřáté atomové plyny

D. Pro kterýkoli z výše uvedených orgánů

6. Látka v plynném stavu, pokud se plyn skládá z molekul slabě vázaných na sebe, dává:

A. lineární absorpční spektrum B. kontinuální emisní spektrum

B. pruhované emisní spektrum D. čárové emisní spektrum

D. spojité absorpční spektrum

7. Spektrální analýza je

A. metoda stanovení typu záření (tepelného, luminiscenčního atd.) podle typu spektra;

B. metoda stanovení chemické složení látky podle svého spektra;

B. analýza vlastností hranolu nebo difrakční mřížky;

D. stanovení stavu agregace látky z jejího spektra

8. Obrázek ukazuje fotografie emisních spekter H, He, Sr a neznámého plynu. Podle vzhledu

spektr, lze konstatovat, že neznámý plyn obsahuje znatelné množství

A. vodík (H) a helium (He); B. vodík (H), stroncium (Sr) a helium (He);

B. stroncium (Sr) a vodík (H); G. stroncium (Sr) a helium (He)

Část A. Vyberte správnou odpověď:

A) Zářivka

B) TV obrazovka

B) Infračervený laser

D) Žárovka

A) Pro zahřáté pevné látky

B) Pro ohřáté kapaliny

A) Pro zahřáté pevné látky

B) Pro ohřáté kapaliny

D) Pro zahřáté atomové plyny

Část B. Pro každého

A) Spojité spektrum

B) Čárové spektrum

B) Pásmové spektrum

D) Absorpční spektra

Test Fyzika 11 „Typy záření a spektra“

Část A. Vyberte správnou odpověď:

A1. Záření kterého tělesa je tepelné?

A) Zářivka

B) TV obrazovka

B) Infračervený laser

D) Žárovka

A2. Jaká tělesa se vyznačují pruhovanými absorpčními a emisními spektry?

A) Pro zahřáté pevné látky

B) Pro ohřáté kapaliny

B) Pro kterýkoli z výše uvedených orgánů

D) Pro zahřáté atomové plyny

D) Pro zředěné molekulární plyny

A3. Která tělesa se vyznačují čárovým absorpčním a emisním spektrem?

A) Pro zahřáté pevné látky

B) Pro ohřáté kapaliny

B) Pro zředěné molekulární plyny

D) Pro zahřáté atomové plyny

D) Pro kterýkoli z výše uvedených orgánů

Část B. Pro každého charakteristiky vyberte vhodný typ spektra

Spektra se získávají průchodem světla ze zdroje vytvářejícího spojité spektrum látkou, jejíž atomy jsou v neexcitovaném stavu
Skládá se z jednotlivých čar různé nebo stejné barvy, které mají různá umístění
Vyzařujte zahřáté pevné látky a kapalné látky, plyny zahřáté pod vysokým tlakem.
Uveďte látky, které jsou v molekulárním stavu
Emitované plyny a parami o nízké hustotě v atomovém stavu
Skládá se z velkého počtu těsně vedle sebe umístěných čar
Jsou stejné pro různé látky, nelze je tedy použít ke stanovení složení látky
Jedná se o soubor frekvencí absorbovaných danou látkou. Látka absorbuje ty čáry spektra, které vyzařuje a je zdrojem světla
Jedná se o spektra obsahující všechny vlnové délky určitého rozsahu.
Umožňuje posoudit chemické složení světelného zdroje pomocí spektrálních čar

A) Spojité spektrum

Témata kodifikátoru jednotné státní zkoušky: čárová spektra.

Pokud propustíte sluneční světlo přes skleněný hranol nebo difrakční mřížku, dostanete známé spojité spektrum(Obr. 1) (Obrázky na obr. 1, 2 a 3 převzaty z webové stránky www.nanospectrum.ru):

Rýže. 1. Spojité spektrum

Spektrum se nazývá spojité, protože obsahuje všechny vlnové délky viditelného rozsahu – od červeného okraje po fialový. Pozorujeme spojité spektrum ve formě plného pásu skládajícího se z různých barev.

Spojité spektrum má nejen sluneční světlo, ale také například světlo žárovka. Obecně se ukazuje, že jakákoli pevná a kapalná tělesa (a také velmi husté plyny) zahřátá na vysokou teplotu produkují záření se spojitým spektrem.

Situace se kvalitativně mění, když pozorujeme záři zředěných plynů. Spektrum přestává být spojité: objevují se v něm diskontinuity, které se zvětšují, jak se plyn stává řídkým. V limitujícím případě extrémně zředěného atomového plynu se spektrum stává vládl- skládající se z oddělených spíše tenkých čar.

Budeme uvažovat dva typy čarových spekter: emisní spektrum a absorpční spektrum.

Emisní spektrum

Předpokládejme, že plyn se skládá z atomy některého chemického prvku a je tak řídký, že atomy mezi sebou téměř neinteragují. Rozložením záření takového plynu (zahřátého na dostatečně vysokou teplotu) do spektra uvidíme přibližně následující obrázek (obr. 2):

Rýže. 2. Čárové emisní spektrum

Toto čárové spektrum, tvořené tenkými izolovanými vícebarevnými čarami, se nazývá emisní spektrum.

Jakýkoli atomový zředěný plyn vyzařuje světlo s čárovým spektrem. Navíc pro každý chemický prvek se emisní spektrum ukazuje jako jedinečné a hraje roli „identifikační karty“ tohoto prvku. Na základě množiny čar v emisním spektru můžeme jednoznačně říci, o který chemický prvek máme co činit.

Vzhledem k tomu, že plyn je zředěný a atomy spolu málo interagují, můžeme dojít k závěru, že světlo je vyzařováno atomy na vlastní pěst. Tím pádem, atom je charakterizován diskrétní, přísně definovanou sadou vlnových délek emitovaného světla. Každý chemický prvek, jak jsme již řekli, má svou vlastní sadu.

Absorpční spektrum

Atomy emitují světlo při přechodu z excitovaného stavu do základního stavu. Látka ale dokáže světlo nejen vyzařovat, ale i pohlcovat. Atom absorbující světlo prochází opačným procesem - přechází ze základního stavu do excitovaného.

Uvažujme znovu zředěný atomový plyn, ale tentokrát ve studeném stavu (při docela nízké teplotě). Zářit plynu neuvidíme; Bez zahřívání plyn nevyzařuje - na to je v excitovaném stavu příliš málo atomů.

Pokud naším studeným plynem procházíte světlo se spojitým spektrem, můžete vidět něco takového (obr. 3):

Rýže. 3. Čárové absorpční spektrum

Na pozadí spojitého spektra dopadajícího světla se objevují tmavé čáry, které tvoří tkzv absorpční spektrum. Odkud tyto řádky pocházejí?

Pod vlivem dopadajícího světla přecházejí atomy plynu do excitovaného stavu. Ukazuje se, že pro excitaci atomů nejsou vhodné žádné vlnové délky, ale pouze několik, přesně definovaných pro daný typ plynu. Jsou to právě tyto vlnové délky, které plyn „ubírá“ procházejícímu světlu.

Navíc plyn odstraňuje ze spojitého spektra přesně stejné vlnové délky, jaké vyzařuje! Tmavé čáry v absorpčním spektru plynu přesně odpovídají jasným čarám v jeho emisním spektru. Na Obr. Obrázek 4 porovnává emisní a absorpční spektrum par zředěného sodíku (obrázek z webové stránky www.nt.ntnu.no):

Rýže. 4. Absorpční a emisní spektra pro sodík

Působivá shoda čar, že?

Při pohledu na emisní a absorpční spektra došli fyzici 19. století k závěru, že atom není nedělitelná částice a má nějakou vnitřní strukturu. Ve skutečnosti musí něco uvnitř atomu poskytnout mechanismus pro vyzařování a pohlcování světla!

Jedinečnost atomových spekter navíc naznačuje, že tento mechanismus je odlišný pro atomy různých chemických prvků; proto se atomy různých chemických prvků musí lišit svou vnitřní strukturou.

Další stránka bude věnována struktuře atomu.

Spektrální analýza

Základem je využití liniových spekter jako unikátních „pasů“ chemických prvků spektrální analýza- metoda studia chemického složení látky na základě jejího spektra.
Myšlenka spektrální analýzy je jednoduchá: emisní spektrum zkoumané látky se porovnává se standardními spektry chemických prvků, načež je učiněn závěr o přítomnosti nebo nepřítomnosti konkrétního chemického prvku v této látce. Metodou spektrální analýzy lze za určitých podmínek určit chemické složení nejen kvalitativně, ale i kvantitativně.

V důsledku pozorování různých spekter byly objeveny nové chemické prvky.

První z těchto prvků byly cesium a rubidium; byly pojmenovány podle barvy čar v jejich spektru (Ve spektru cesia jsou nejvýraznější dvě čáry nebesky modré barvy, latinsky nazývané caesius. Rubidium vytváří dvě charakteristické čáry rubínové barvy).

V roce 1868 byly ve spektru Slunce objeveny čáry, které neodpovídaly žádnému ze známých chemických prvků. Nový prvek byl pojmenován hélium(z řečtiny helios- Slunce). Helium bylo následně objeveno v zemské atmosféře.

Obecně platí, že spektrální analýza záření Slunce a hvězd ukázala, že všechny prvky zahrnuté v jejich složení jsou přítomny na Zemi. Ukázalo se tedy, že všechny objekty ve vesmíru jsou sestaveny ze stejné „sady cihel“.