Qué cuerpos se caracterizan por espectros rayados. Espectros rayados. Método para determinar la composición química por su espectro.

Hay tres tipos de espectros de radiación: lineal, rayado y continuo. Los espectros de línea se observan cuando se emiten átomos o iones individuales. Consisten en una serie de líneas características de una sustancia dada, separadas por espacios oscuros. Cada línea corresponde a una cierta longitud de onda, llamada monocromática. Los espectros de línea caracterizan los fenómenos que ocurren dentro del átomo.

Los espectros rayados son emitidos por moléculas. Una banda es una serie de líneas espectrales estrechamente espaciadas. La emisión de espectros rayados atestigua la complicación de los estados de energía de la molécula en comparación con los estados de un átomo aislado, debido a los movimientos de vibración y rotación de sus núcleos constituyentes.

Los sólidos emiten espectros continuos. La naturaleza continua de estos espectros es consecuencia de la fuerte interacción de las partículas que componen el sólido.

El tipo de espectro de líneas depende de la estructura del átomo del elemento químico correspondiente, por lo tanto, los espectros de líneas estrictamente definidos son inherentes a todos los elementos químicos, y difieren entre sí tanto en el número de líneas como en sus longitudes de onda. El espectro de líneas más simple da el átomo de hidrógeno, que tiene la estructura más simple. La búsqueda de explicaciones de las regularidades inherentes a este espectro condujo a la creación de la teoría mecánica cuántica del átomo.

En primer lugar, cabe señalar que las líneas en el espectro de emisión de cualquier átomo, incluido el átomo de hidrógeno, no están dispuestas al azar, sino que pueden combinarse en grupos llamados series. La disposición de las líneas en estas series está sujeta a ciertos patrones. En la parte visible del espectro del átomo de hidrógeno, esta es la serie Balmer, en el ultravioleta, la serie Lyman, en el infrarrojo cercano, la serie Paschen, etc. La fórmula encontrada empíricamente para las longitudes de onda de l líneas en cada una de estas series tiene la forma:

Se llama fórmula de Balmer generalizada. En esta fórmula R = 1.097×10 7 m -1 es la constante de Rydberg, norte y metro números enteros Para una dada norte número metro toma todos los valores enteros, comenzando con norte + 1. si un n=1 la fórmula (1) describe la serie de Lyman, n=2 serie Balmer, n=3- Serie Pashen.

El significado físico de esta fórmula se deriva de la teoría de la estructura del átomo de hidrógeno y los átomos similares al hidrógeno, creada por Bohr sobre la base de la hipótesis cuántica de Planck y el modelo planetario clásico del átomo de Rutherford. Bohr postuló las principales disposiciones de la teoría desarrollada por él.

El primer postulado: hay una serie de estados estacionarios discretos en el átomo, que corresponden a ciertos valores de la energía del átomo: mi 1, mi 2, mi 3,…. En un estado estacionario, un átomo no emite ni absorbe energía.

El segundo postulado: la emisión y absorción de energía ocurre durante la transición de un estado estacionario a otro. En este caso, se emite o absorbe un cuanto de energía hn, igual a la diferencia de energía de dos estados estacionarios:

hn = mi metro - mi norte (2)

dónde h es la constante de Planck. La expresión (2) determina la frecuencia n de la radiación monocromática emitida o absorbida por un átomo durante la transición del estado m al estado n (la condición de frecuencia de Bohr).

Los estados estacionarios discretos en la teoría de Bohr se seleccionaron utilizando una regla especial de cuantificación de órbitas, que se formuló de la siguiente manera: de todas las órbitas posibles según la mecánica clásica, solo se realizan aquellas en las que el momento angular de un electrón es un múltiplo del valor ( tercer postulado):

En la fórmula (3) metro es la masa del electrón; V norte es la velocidad del electrón norte-ésima órbita estacionaria; rn es el radio de esta órbita; norte- entero: 1, 2, 3, ....

Siguiendo a Bohr, considere un sistema atómico que consta de un núcleo con carga Ze y un electrón con carga - mi.

A Z= 1 tal sistema corresponde a un átomo de hidrógeno, para otro Z - a un átomo similar al hidrógeno, es decir átomo de número atómico Z al que se le ha quitado todo menos un electrón. Para simplificar los cálculos, asumimos que el electrón gira en una órbita circular, que la masa del núcleo es infinitamente grande en comparación con la masa del electrón y que el núcleo está inmóvil.

La fuerza centrípeta que mantiene al electrón en la n-ésima órbita estacionaria es creada por la fuerza de atracción de Coulomb hacia el núcleo.

Desde aquí: , (4)

aquellos. cuando un electrón se mueve a lo largo de una órbita, su energía cinética y energía potencial están relacionadas por la relación 2T=-T (5)

Dividiendo la ecuación (4) por la ecuación (3), obtenemos una expresión para la velocidad del electrón en la n-ésima órbita estacionaria

La energía total (E) de un electrón en la n-ésima órbita estacionaria es la suma de las energías cinética y potencial y, teniendo en cuenta la fórmula (5), es igual a:

Sustituyendo el valor de la velocidad (6) en esta fórmula, obtenemos la siguiente expresión para las energías de los estados estacionarios del átomo:

Cuando un electrón pasa de la órbita m a la órbita n, se emite un cuanto de energía de acuerdo con la fórmula (3)

Por lo tanto, la frecuencia de la línea espectral

En espectroscopia, generalmente se usan números de onda. Después

Para hidrógeno (Z = 1), la fórmula (7) toma la forma:

y coincide con la fórmula generalizada de Balmer (1), que se encontró empíricamente para los números de onda de las líneas espectrales del átomo de hidrógeno. De las fórmulas (1) y (8) se sigue que

Este valor coincide con el valor determinado experimentalmente de la constante de Rydberg.

La figura 1 muestra el esquema de niveles de energía y tres series de líneas espectrales del átomo de hidrógeno.

Las transiciones de niveles superiores al nivel n = 1 corresponden a la radiación de la serie ultravioleta de Lyman (I), para lo cual de la fórmula (8) obtenemos:

Donde m = 2, 3, 4, ...

Las transiciones de los niveles superiores al nivel n = 2 corresponden a la radiación de la serie visible de Balmer (II):

Donde m = 3, 4, 5, ...

Las transiciones de niveles superiores al nivel n = 3 corresponden a la radiación de la serie infrarroja Paschen (III):

Donde m = 4, 5, 6, .…

Cuando la luz es absorbida por un átomo, los electrones se mueven de los niveles inferiores a los superiores. En este caso, el átomo pasa del estado fundamental al estado excitado.

La teoría de Bohr se caracterizó por la inconsistencia lógica interna, por lo que no pudo convertirse en una teoría completa consistente de los fenómenos atómicos. En la actualidad, los espectros de átomos y moléculas se explican en el marco de la mecánica cuántica.

El enfoque para describir el estado de las micropartículas en la mecánica cuántica es fundamentalmente diferente al clásico. No permite determinar inequívocamente la posición de la partícula considerada en el espacio y su trayectoria, como se hace en la mecánica clásica, ya que en el microcosmos estos conceptos pierden su significado, sino que solo predice con qué probabilidad esta partícula se puede encontrar en varios puntos en el espacio. Por lo tanto, la mecánica cuántica tiene un carácter estadístico.

La base del aparato matemático de la mecánica cuántica es la afirmación de que la descripción del estado del sistema se realiza mediante una cierta función de coordenadas y tiempo Y que caracteriza este estado. Esta función se llama función de onda. No es la función de onda en sí misma la que tiene significado físico, sino el cuadrado de su módulo, que determina la probabilidad dw de detectar un objeto (micropartícula) en un elemento de volumen dV. Si la función Y está normalizada, entonces dw = |Y| 2dV (9)

Averigüemos las propiedades de la función de onda. En vista de lo dicho anteriormente sobre el significado físico de |Y| 2 función de onda, Y debe ser:

1. definitivo, porque la probabilidad no puede ser mayor que uno;

2. inequívoco;

3. continuo, porque la probabilidad no puede cambiar abruptamente.

Así, para describir el estado de un sistema en mecánica cuántica, es necesario conocer la función de onda de dicho sistema. Se encuentra a partir de la ecuación de Schrödinger, que es la ecuación básica de la mecánica cuántica no relativista. Esta ecuación no se deriva, sino que se postula sobre la base de consideraciones generales. Su validez se prueba por la coincidencia de los resultados teóricos obtenidos con los hechos experimentales. En general, la ecuación de Schrödinger tiene la siguiente forma:

aquí metro es la masa de la partícula, tu es una función de coordenadas y tiempo, igual al potencial del campo de fuerza tomado con el signo opuesto, i- unidad imaginaria, - operador de Laplace, .

Si el campo de fuerza en el que se encuentra la partícula es estacionario (no depende del tiempo), entonces el potencial tu no depende del tiempo y adquiere el significado de la energía potencial de la partícula considerada en un campo de fuerza externo. En este caso, Y se puede representar como un producto de dos funciones, una de las cuales depende solo de las coordenadas y la otra solo del tiempo.

aquí mi es la energía total de la partícula, que en el caso de un campo estacionario no cambia con el tiempo.

Después de sustituir esta expresión en la ecuación (10) por la función y(x,y,z) se obtiene la siguiente ecuación:

que se llama la ecuación de Schrödinger para estados estacionarios.

Considere el átomo de hidrógeno desde el punto de vista de la mecánica cuántica. Sustituyamos el valor de la energía potencial de un electrón en el campo del núcleo en la ecuación estacionaria de Schrödinger:

La ecuación (11) en este caso toma la forma:

Dado que el campo del núcleo del átomo de hidrógeno tiene simetría esférica, es recomendable resolver esta ecuación en un sistema de coordenadas esférico (r, j, q). La solución se lleva a cabo por el método de separación de variables, representando la función de onda como el producto de dos funciones, una de las cuales depende únicamente de r, y el segundo solo en las coordenadas angulares j, q

y(r,Q,j) = R(r)×Y(Q,j)

Con esta representación, la probabilidad de que una partícula tenga valores de coordenadas en el rango de r antes de r+dr determinado por el cuadrado |rr| 2.

La solución de la ecuación de Schrödinger (12) conduce a los siguientes resultados principales.

1. El electrón de hidrógeno tiene un espectro de energía discreto. Los valores propios de la energía están determinados por la expresión:

dónde norte es el número cuántico principal que toma cualquier valor entero positivo ( norte = 1, 2, 3, ...).

2. Momento angular orbital de un electrón L sólo puede tomar las siguientes series discretas de valores:

dónde yo- número cuántico orbital (azimutal). Puede tomar cualquier valor del rango: yo= 0, 1, 2, 3, ..., (n-1) - n valores en total. Estado de yo= 0 suele llamarse estado s, con yo = 1 – R- estado, c yo= 2 - estado d, con yo = 3 – F- estado, etc

3. El momento angular orbital puede orientarse en relación con una dirección física distinguida en el espacio (z) solo de tal manera que su proyección en esta dirección sea un múltiplo de , por lo tanto

metro se llama número cuántico magnético. Puede tomar valores:

metro=0, ±1, ±2, … , ± yo– totales (2 yo+ 1) valores.

Por lo tanto, el estado de un electrón en un átomo de hidrógeno está determinado por tres números cuánticos: el principal norte, que determina la energía del estado es; azimut yo que caracteriza el momento angular del electrón L y magnético metro, definiendo la orientación L en relación con la dirección seleccionada en el espacio. Los estados son descritos por sus propias funciones de onda. Sn , l , m que son soluciones de la ecuación de Schrödinger (18) .

La ecuación de Schrödinger no es relativista. La consideración de los efectos relativistas (ecuación de Dirac) conduce a la existencia del propio momento angular de un electrón: el espín, determinado por el número cuántico. s igual a 1/2:

La proyección del giro sobre la dirección seleccionada z puede tomar 2s + 1= 2 valores diferentes:

donde es el número cuántico de la proyección de espín del electrón. Teniendo en cuenta el espín, el estado de un electrón en un átomo se caracteriza por cuatro números cuánticos: a los números cuánticos n, l, m se debe sumar el número cuántico de espín milisegundo.

Notamos que la discreción de las cantidades físicas, característica de los fenómenos del mundo atómico, se sigue naturalmente en la mecánica cuántica de la solución de la ecuación de Schrödinger (Dirac), mientras que en la teoría de Bohr tuvo que ser introducida usando condiciones adicionales de un carácter esencialmente no clásico. naturaleza.

LABORATORIO #3

Tema: “ESTUDIO DEL ESPECTROSCOPIO. OBSERVACIÓN DEL ESPECTRO DE ABSORCIÓN DE LA OXIHEMOGLOBINA»

META. Para estudiar los fundamentos teóricos de la espectrometría, aprender a obtener espectros con un espectroscopio y analizarlos.

INSTRUMENTOS Y ACCESORIOS. Un espectroscopio, una lámpara incandescente, un tubo de ensayo con sangre (oxihemoglobina), un trípode, un alambre con un trozo de algodón, un cono con alcohol, sal de mesa (cloruro de sodio), fósforos.

PLAN DE ESTUDIO DEL TEMA

1. Determinación de la dispersión de la luz.

2. La trayectoria de los rayos en el espectroscopio.

3. Tipos y tipos de espectros.

4. Regla de Kirchhoff.

5. Características de la radiación y absorción de energía por parte de los átomos.

6. El concepto de espectrometría y espectroscopia.

7. Aplicación de la espectrometría y la espectroscopia en medicina.

TEORIA BREVE

La dispersión de las ondas de luz es un fenómeno debido a la dependencia del índice de refracción de la longitud de onda.

Figura 1. Dispersión de luz

Para muchas sustancias transparentes, el índice de refracción aumenta con la disminución de la longitud de onda, es decir, los rayos violetas se refractan con más fuerza que los rojos, lo que corresponde a dispersión normal.

La distribución de cualquier radiación en longitudes de onda se denomina espectro de esta radiación. Los espectros obtenidos de los cuerpos luminosos se denominan espectros de emisión. Hay tres tipos de espectros de emisión: continuo, lineal y rayado. Un espectro continuo, en el que las líneas espectrales pasan continuamente unas a otras, da incandescente

sólidos, líquidos y gases a alta presión.

Figura 2. Espectro de emisión continua

Los átomos de gases o vapores enrarecidos calentados dan un espectro de líneas que consta de líneas de colores individuales. Cada elemento químico tiene su espectro de líneas característico.

Fig. 3. Espectro de emisión de línea

Rayado (espectro molecular), que consiste en una gran cantidad de líneas individuales, que se fusionan en rayas, dan gases y vapores luminosos.

Las sustancias transparentes absorben parte de la radiación que incide sobre ellas, por tanto, en el espectro obtenido tras el paso de la luz blanca a través de la sustancia, desaparecen algunos de los colores, aparecen finas líneas o rayas.

Los espectros formados por una combinación de líneas oscuras contra el fondo de un espectro continuo de medios calientes sólidos, líquidos o gaseosos de alta densidad se denominan espectro de absorción.

Figura 4. Espectro de absorción

Según la ley de Kirchhoff, los átomos o moléculas de una determinada sustancia absorben luz de las mismas longitudes de onda que emiten en estado excitado.

La energía emitida por los átomos o moléculas forma el espectro de emisión, y la energía absorbida forma el espectro de absorción. La intensidad de las líneas espectrales está determinada por la cantidad de transiciones idénticas de electrones de un nivel a otro, que ocurren por segundo y, por lo tanto, depende de la cantidad de átomos emitidos (absorbidos) y la probabilidad de la transición correspondiente. La estructura de los niveles y, en consecuencia, de los espectros depende no solo de la estructura de un solo átomo o molécula, sino también de factores externos.

Los espectros son una fuente de diversa información. El método de análisis cualitativo y cuantitativo de una sustancia por su espectro se llama análisis espectral. Por la presencia de ciertas líneas espectrales en el espectro, se pueden detectar pequeñas cantidades de elementos químicos (hasta 10-8 g), lo que no se puede hacer por métodos químicos.

APARIENCIA DEL ESPECTROSCOPIO

DISPOSITIVO DE ESPECTROSCOPIO

El espectroscopio tiene las siguientes partes principales (Fig. 6):

1. Colimador K, que es un tubo con una lente O 1 en un extremo y con ranura U en el otro. La rendija del colimador está iluminada

lampara incandescente. Dado que la rendija está en el foco de la lente O1, los rayos de luz que salen del colimador caen sobre el prisma P en un haz paralelo.

2. P es un prisma en el que el haz de rayos se refracta y se descompone según su longitud de onda.

3. El telescopio T consta de una lente O 2 y ocular aprox. La lente O2 sirve para enfocar la P

Rayos de colores paralelos en su plano focal. El ocular Ok es una lupa a través de la cual se visualiza la imagen dada por la lente O2.

Arroz. 2. El dispositivo del espectroscopio y la formación del espectro.

La formación del espectro en el espectroscopio se produce de la siguiente manera. Cada punto de la rendija del espectroscopio, iluminado por una fuente de luz, envía rayos a la lente del colimador que emergen de ella en un haz paralelo. Al salir de la lente, el haz paralelo cae sobre la cara frontal del prisma P. Después de la refracción en su cara frontal, el haz se divide en varios haces monocromáticos paralelos que viajan en diferentes direcciones de acuerdo con la diferente refracción de los rayos de diferentes longitudes de onda. . La figura 6 muestra solo dos de estos haces, por ejemplo, los colores rojo y violeta de ciertas longitudes de onda. Después de la refracción en la cara posterior del prisma P, los rayos salen al aire como antes en forma de haces de rayos paralelos, formando un cierto ángulo entre sí.

Habiéndose refractado en la lente de O2, haces paralelos de rayos de diferentes longitudes de onda se reunirán en su punto en el plano focal posterior de la lente. En este plano se obtendrá un espectro: una serie de imágenes en color de la rendija de entrada, cuyo número es igual al número de radiaciones monocromáticas diferentes presentes en la luz.

El ocular Ok se coloca de manera que el espectro resultante esté en su plano focal, que debe coincidir con el plano focal posterior del objetivo O2. En este caso, el ojo funcionará sin tensión, porque. de cada imagen de la línea espectral, incluirá haces de rayos paralelos.

PREGUNTAS PARA LA AUTOEVALUACIÓN

1. ¿Qué se entiende por dispersión de la luz?

2. ¿Qué es un espectro?

3. ¿Qué espectro se llama continuo o continuo?

4. ¿Qué radiación emite espectros rayados?

5. ¿Qué cuerpos emiten un espectro de líneas al radiar? ¿Qué es él realmente?

6. Explicar la formación de espectros en un espectroscopio.

7. Regla de Kirchhoff.

8. ¿Qué es el análisis espectral?

9. Aplicación del análisis espectral.

10. ¿Qué cuerpos se llaman blancos, negros, transparentes?

	PLAN DE TRABAJO
subsecuencia		Cómo completar la tarea
acción
1. Adquisición de espectro		Enchufe la lámpara incandescente. Ranura de posición
emisiones de la lámpara		colimador para que el haz de luz incidente incida en él.
incandescente.		Consigue con la ayuda de un tornillo micrométrico el máximo
		un espectro claro de la fuente de luz y dibujar el espectro resultante
		y describir y concluir
3. Adquisición de espectro		Coloque el tubo de sangre entre la lámpara y la ranura.
absorción de oxihemo-		colimador, establezca los límites de las bandas de absorción. bosquejo
		espectro de absorción, logrando una imagen clara del mismo,
		indicar las características.
2. Adquisición de espectro		Humedezca el algodón en el alambre con alcohol y fíjelo en el pie.
vapor de sodio		trípode debajo de la rendija del colimador. Enciende el algodón y mira
		espectro continuo. Espolvorear algodón con quema
		sal de mesa, observe la aparición en el espectro de un brillante
		línea amarilla de vapor de sodio. Dibujar el espectro de vapor resultante
		sodio y sacar una conclusión.
4. Saca una conclusión.

1 opción

1. A qué tipo de radiación (térmica o luminiscente) pertenecen los resplandores:

1. fundición de metal al rojo vivo; 2. lámparas fluorescentes;

3. estrellas; 4. algunos peces de aguas profundas.

A. 1, 3 - térmico, 2, 4 - luminiscente; B. 1, 2, 3, 4 - solo térmico;

B. 1, 2, 3, 4 y térmica y fluorescente; G. 1, 4 - térmico, 2, 3 - luminiscente.

2. El brillo de los sólidos causado por su bombardeo de electrones se llama:

A. electroluminiscencia B. catodoluminiscencia C. brillo térmico

D. quimioluminiscencia D. fotoluminiscencia

3. Los cuerpos formados por moléculas excitadas que no interactúan entre sí irradian

4. ¿Qué cuerpos se caracterizan por espectros de absorción y emisión rayados?

C. Para cualquiera de los cuerpos mencionados anteriormente D. Para gases atómicos calentados

E. Para gases moleculares enrarecidos

5. Los espectros continuos (continuos) dan cuerpos ubicados

A. solo en estado sólido a temperaturas muy altas;

B. en un estado molecular gaseoso en el que las moléculas no están unidas o están débilmente unidas

juntos;

B. en estado atómico gaseoso, en el que los átomos prácticamente no interactúan

juntos;

G. en estado sólido o líquido, así como gases altamente comprimidos

6. Una sustancia en estado atómico gaseoso da:

A. espectro continuo de radiación B. espectro lineal de radiación

C. espectro de emisión en bandas D. espectro de absorción continua

D.espectro de absorción rayado

7. El análisis espectral le permite determinar:

A. la composición química de la sustancia; B. la velocidad del cuerpo; B. volumen corporal;

G. peso corporal; D. temperatura corporal; E. presión de aire.

ocho . La figura muestra fotografías de los espectros de absorción de Na, H, Ca y un gas desconocido. Por

En vista de los espectros, se puede argumentar que el gas desconocido contiene en una cantidad notable

A. sodio (Na), hidrógeno (H), calcio (Ca); B. hidrógeno (H) y calcio (Ca);

B. sodio (Na) e hidrógeno (H); D. sodio (Na) y calcio (Ca

Física 11 Prueba “Tipos de radiación. Espectros»

opcion 2

1. Radiación, en la que las pérdidas de energía de los átomos por la emisión de luz son compensadas con energía.

El movimiento térmico de los átomos (o moléculas) de un cuerpo radiante se llama:

A. electroluminiscencia B. fotoluminiscencia C. radiación térmica

D. catodoluminiscencia D. quimioluminiscencia

2. La electroluminiscencia es una radiación que se produce debido a la energía.

A. electrones bombardeando la superficie de un sólido radiante;

B. campo eléctrico, que se transmite a los electrones que chocan con los átomos

cuerpo radiante;

B. ondas electromagnéticas absorbidas por los átomos del cuerpo radiante;

G. liberado durante la interacción eléctrica de los iones del cuerpo radiante

3. Átomos excitados de gases altamente enrarecidos y vapores insaturados, no

interactuando entre sí, emiten espectros:

A. rayado; B sólido; B. gobernó.

4. Sólidos que consisten en moléculas e iones excitados que interactúan constantemente.

espectros de emisión:

A. rayado; B sólido; B. gobernó.

5. ¿Qué cuerpos se caracterizan por espectros de líneas de absorción y emisión?

A. Para sólidos calentados B. Para líquidos calentados

C. Para gases moleculares enrarecidos D. Para gases atómicos calentados

D. Para cualquiera de los organismos enumerados anteriormente

6. Una sustancia en estado gaseoso, si el gas consiste en moléculas débilmente unidas entre sí, da:

A. Espectro de absorción lineal B. Espectro de emisión continua

C. espectro de emisión rayado D. espectro de emisión lineal

Espectro de absorción D.continuous

7. El análisis de espectro es

A. método para determinar el tipo de radiación (térmica, luminiscente, etc.) por el tipo de espectro;

B. método para determinar la composición química de una sustancia por su espectro;

B. análisis de las propiedades de un prisma o rejilla de difracción;

D. determinación del estado de agregación de una sustancia por su espectro

8. La figura muestra fotografías de los espectros de emisión de H, He, Sr y un gas desconocido. Por tipo

espectros, se puede argumentar que el gas desconocido contiene en una cantidad notable

A. hidrógeno (H) y helio (He); B. hidrógeno (H), estroncio (Sr) y helio (He);

B. estroncio (Sr) e hidrógeno (H); G. estroncio (Sr) y helio (He)

Parte A. Elige la respuesta correcta:

A) lámpara fluorescente

B) pantalla de televisión

B) láser infrarrojo

D) Lámpara incandescente

A) Para sólidos calentados

B) Para líquidos calentados

A) Para sólidos calentados

B) Para líquidos calentados

D) Para gases atómicos calentados

Parte B. Para cada

A) espectro continuo

B) Espectro de línea

B) Espectro rayado

D) Espectros de absorción

Física 11 Prueba "Tipos de radiación y espectros"

Parte A. Elige la respuesta correcta:

A1. ¿Qué cuerpo emite radiación térmica?

A) lámpara fluorescente

B) pantalla de televisión

B) láser infrarrojo

D) Lámpara incandescente

A2. ¿Qué cuerpos se caracterizan por espectros de absorción y emisión rayados?

A) Para sólidos calentados

B) Para líquidos calentados

C) Por cualquiera de los organismos enumerados anteriormente

D) Para gases atómicos calentados

E) Para gases moleculares enrarecidos

A3. ¿Qué cuerpos se caracterizan por espectros de absorción y emisión lineales?

A) Para sólidos calentados

B) Para líquidos calentados

C) Para gases moleculares enrarecidos

D) Para gases atómicos calentados

E) Por cualquiera de los organismos enumerados anteriormente

Parte B. Para cada características seleccionar el tipo de espectro apropiado

1. Los espectros se obtienen haciendo pasar luz desde una fuente de espectro continuo a través de una sustancia cuyos átomos están en un estado no excitado.
2. Consiste en líneas separadas de diferente o del mismo color, que tienen diferentes arreglos
3. Radian sustancias sólidas y líquidas calentadas, gases calentados a alta presión.
4. Dar sustancias que están en un estado molecular
5. Emitidos por gases, vapores de baja densidad en estado atómico
6. Consiste en un gran número de líneas estrechamente espaciadas
7. Son los mismos para diferentes sustancias, por lo que no se pueden utilizar para determinar la composición de una sustancia.
8. Este es un conjunto de frecuencias absorbidas por una sustancia dada. La sustancia absorbe aquellas líneas del espectro que emite, siendo una fuente de luz.
9. Estos son espectros que contienen todas las longitudes de onda de un cierto rango.
10. Permite que las líneas espectrales juzguen la composición química de la fuente de luz

A) espectro continuo

Temas del codificador USE: espectros de línea.

Si pasa la luz del sol a través de un prisma de vidrio o una rejilla de difracción, entonces el conocido espectro continuo(Fig. 1) (Las imágenes de las Fig. 1, 2 y 3 se tomaron de www.nanospectrum.ru):

Arroz. 1. Espectro continuo

El espectro se llama continuo porque contiene todas las longitudes de onda del rango visible, desde el borde rojo hasta el violeta. Observamos un espectro continuo en forma de banda continua formada por diferentes colores.

No solo la luz del sol tiene un espectro continuo, sino también, por ejemplo, la luz de una bombilla eléctrica. En general, resulta que cualquier cuerpo sólido y líquido (así como los gases muy densos), calentado a alta temperatura, emite radiación con un espectro continuo.

La situación cambia cualitativamente cuando observamos el resplandor de los gases enrarecidos. El espectro deja de ser continuo: aparecen en él discontinuidades que aumentan a medida que el gas se enrarece. En el caso límite de un gas atómico extremadamente enrarecido, el espectro se vuelve gobernó- que consiste en líneas separadas bastante delgadas.

Consideraremos dos tipos de espectros de línea: el espectro de emisión y el espectro de absorción.

Espectro de emisión

Supongamos que el gas es átomos de algún elemento químico y está tan enrarecido que los átomos casi no interactúan entre sí. Expandiendo la radiación de dicho gas (calentado a una temperatura suficientemente alta) en un espectro, veremos aproximadamente la siguiente imagen (Fig. 2):

Arroz. 2. Espectro de emisión de línea

Este espectro de líneas, formado por delgadas líneas multicolores aisladas, se denomina espectro de emisión.

Cualquier gas atómico enrarecido emite luz con un espectro lineal. Además, para cada elemento químico, el espectro de emisión resulta ser único, desempeñando el papel de "tarjeta de identidad" de este elemento. Basado en el conjunto de líneas en el espectro de emisión, uno puede decir sin ambigüedades con qué elemento químico estamos tratando.

Dado que el gas está enrarecido y los átomos interactúan poco entre sí, podemos concluir que los átomos emiten luz. en su propia. De este modo, un átomo se caracteriza por un conjunto discreto y estrictamente definido de longitudes de onda de luz emitida. Cada elemento químico, como ya hemos dicho, tiene su propio conjunto.

Espectro de absorción

Los átomos emiten luz, pasando de un estado excitado al estado fundamental. Pero la materia no solo puede emitir, sino también absorber luz. Un átomo, al absorber luz, realiza el proceso inverso: pasa del estado fundamental al estado excitado.

Considere nuevamente un gas atómico enrarecido, pero esta vez en un estado frío (a una temperatura suficientemente baja). No veremos brillar el gas; al no calentarse, el gas no irradia; hay muy pocos átomos en un estado excitado para esto.

Si la luz con un espectro continuo pasa a través de nuestro gas frío, entonces puede ver algo como esto (Fig. 3):

Arroz. 3. Espectro de absorción de línea

En el contexto del espectro continuo de luz incidente, aparecen líneas oscuras, que forman el llamado espectro de absorción. ¿De dónde vienen estas líneas?

Bajo la acción de la luz incidente, los átomos del gas pasan a un estado excitado. En este caso, resulta que no cualquier longitud de onda es adecuada para la excitación de los átomos, sino solo algunas estrictamente definidas para un tipo de gas dado. Son precisamente estas longitudes de onda las que el gas “toma para sí mismo” de la luz transmitida.

¡Además, el gas elimina del espectro continuo exactamente las mismas longitudes de onda que él mismo emite! Las líneas oscuras en el espectro de absorción de un gas corresponden exactamente a las líneas claras en su espectro de emisión. En la fig. La Figura 4 compara los espectros de emisión y absorción del vapor de sodio enrarecido (imagen de www.nt.ntnu.no):

Arroz. 4. Espectros de absorción y emisión de sodio

Un partido de línea impresionante, ¿no?

Al observar los espectros de emisión y absorción, los físicos del siglo XIX llegaron a la conclusión de que el átomo no es una partícula indivisible y tiene cierta estructura interna. De hecho, ¡algo dentro del átomo debe proporcionar un mecanismo para la emisión y absorción de la luz!

Además, la singularidad de los espectros atómicos sugiere que este mecanismo es diferente para átomos de diferentes elementos químicos; por lo tanto, los átomos de diferentes elementos químicos deben diferir en su estructura interna.

La siguiente hoja estará dedicada a la estructura del átomo.

Análisis espectral

El uso de espectros de líneas como "pasaportes" únicos de elementos químicos subyace análisis espectral- un método para estudiar la composición química de una sustancia por su espectro.
La idea del análisis espectral es simple: el espectro de emisión de la sustancia estudiada se compara con los espectros de referencia de los elementos químicos, después de lo cual se llega a una conclusión sobre la presencia o ausencia de un elemento químico en particular en esta sustancia. Bajo ciertas condiciones, el método de análisis espectral puede determinar la composición química no solo cualitativamente, sino también cuantitativamente.

Como resultado de la observación de varios espectros, se descubrieron nuevos elementos químicos.

Los primeros de estos elementos fueron el cesio y el rubidio; recibieron el nombre del color de las líneas de su espectro (En el espectro del cesio, dos líneas de color azul cielo, llamadas cesio en latín, son las más pronunciadas. El rubidio da dos líneas características de color rubí).

En 1868 se encontraron líneas en el espectro del Sol que no correspondían a ninguno de los elementos químicos conocidos. El nuevo elemento ha sido nombrado helio(del griego helios- sol). Posteriormente, se descubrió helio en la atmósfera terrestre.

En general, el análisis espectral de la radiación del Sol y las estrellas mostró que todos los elementos incluidos en su composición también están presentes en la Tierra. Por lo tanto, resultó que todos los objetos del Universo se ensamblan a partir del mismo "conjunto de ladrillos".