Emisia și absorbția luminii de către atomi. Originea spectrelor linie

Acest articol oferă conceptele de bază necesare pentru a înțelege modul în care emisia și absorbția luminii de către atomi. Este descris, de asemenea, utilizarea acestor fenomene.

Smartphone si fizica

Omul care a fost născut după 1990, viața lui, fără o varietate de dispozitive electronice nu poate oferi. Smartphone-ul nu numai că înlocuiește telefonul, dar, de asemenea, face posibilă monitorizarea ratelor de schimb, să tranzacționeze, pentru a apela un taxi și chiar să corespundă cu astronauții de la bordul ISS, prin aplicarea lor. Respectiv, și sunt percepute de către toți acei asistenți digitale ca o chestiune de curs. Emisia și absorbția luminii de către atomi care fac și au făcut posibilă era de a reduce toate tipurile de dispozitive, astfel încât cititorii vor părea un subiect plictisitor în lecții de fizică. Dar această ramură a fizicii o mulțime de interesante și incitante.

Baza teoretică pentru deschiderea spectrelor

Există o zicală: „Curiozitatea înaintea căderii“ Dar această expresie mai degrabă la faptul că relația greșit este mai bine să nu interfereze. În cazul în care, cu toate acestea, arată curiozitate față de lume, nimic greșit nu se va întâmpla. La sfârșitul secolului al XlX - lea, oamenii au început să înțeleagă natura magnetism (care este bine documentat în sistemul de ecuații lui Maxwell). Următoarea întrebare, care ar permite oamenilor de știință, a devenit structura materiei. Este necesar să se clarifice imediat: pentru știință nu este de emisie foarte valoroase și de absorbție a luminii de către atomi. Spectrele Linie - este o consecință a acestui fenomen și baza pentru studiul structurii materiei.

Structura atomului

Oamenii de știință din Grecia antică sugerează că marmura este alcătuită din mai multe bucăți de indivizibil „atomi.“ Și înainte de sfârșitul secolului al XlX-lea, oamenii au crezut că a fost cele mai mici particule de materie. Dar experiența Rutherford privind dispersarea particulelor grele pe folia de aur a arătat că atomul are, de asemenea, o structură internă. nucleul Heavy este în centru și încărcate pozitiv, electroni negativi ușoare se învârt în jurul lui.

Paradoxurile atomilor în teoria Maxwell

Aceste descoperiri au dat naștere la mai multe paradoxuri: în funcție de ecuațiile lui Maxwell, orice particulă încărcată în mișcare emite un câmp electromagnetic, prin urmare, pierde energie. De ce, atunci, electronii nu se încadrează în nucleu, și să continue să se rotească? De asemenea, nu este clar de ce fiecare atom absoarbe sau emite fotoni de numai o anumită lungime de undă. Teoria lui Bohr a făcut posibilă vindecarea defectelor prin introducerea orbitali. Conform preceptelor acestei teorii, electronii din jurul nucleului poate fi numai pe aceste orbitali. Tranziția între cele două state vecine este însoțită fie de emisia sau absorbția unui foton cu o anumită energie. Emisia și absorbția luminii de către atomi este tocmai din acest motiv.

lungime de undă, frecvență, energie

Pentru o imagine mai completă trebuie să vorbim un pic despre fotoni. Acestea sunt particule elementare, care nu au nici o masă de repaus. Ele există numai atâta timp cât se deplasează prin intermediul mediului. Dar încă mai au greutate: a atins suprafața, ei îl transmite un impuls care ar fi fost imposibilă fără masa. Doar o mulțime de ea este transformată în energie, ceea ce face substanța din care au lovit și ei sunt absorbite, un pic mai cald. Teoria lui Bohr nu explică acest fapt. Proprietățile fotonul și caracteristicile comportamentului său este descris de fizica cuantică. Deci, fotonul - atât undă și particulă cu masă. Photon, și ca un val are următoarele caracteristici: o lungime (λ), frecvența (ν), energie (E). Cu cât lungimea de undă mai mică frecvență, iar cea mai mică energie.

Spectrul unui atom

Spectrul atomic este format în mai multe etape.

1. comutatoare electronice în atomul cu orbitală 2 (de energie mai mare) asupra orbital 1 (cu energie scăzută mai puțin).
2. Anumită cantitate de energie este eliberată, care este format ca un cuantum de lumină (hν).
3. Acest foton este emis în spațiul din jur.

Astfel, acesta a obținut și un atom de spectru linie. De ce este numit în acest fel, explică forma sa atunci când dispozitivele speciale „captură“ fotonii de ieșire de lumină pe un număr de dispozitiv de înregistrare fix de linii. Pentru a separa fotoni de diferite lungimi de undă, folosite de valuri fenomenul de difracție cu frecvențe diferite au diferite indice de refracție, prin urmare, o mai deviate decât celălalt.

Proprietățile substanțelor și spectre

Spectrul linie al substanței este unică pentru fiecare tip de atomi. Aceasta este, în emisia de hidrogen va da un set de linii, și aur - altele. Acest fapt este baza pentru aplicarea spectroscopiei. După obținerea nimic de spectru, se poate înțelege de ce este în esență, în atomii aranjate în raport cu cealaltă. Această metodă vă permite să definiți și proprietăți diferite ale materialelor, care utilizează adesea chimie și fizică. Absorbția și emisie a luminii de către atomi - una dintre cele mai comune instrumente pentru studiul lumii înconjurătoare.

Spectrele de emisie Inconvenientele

Până în acest punct spune mai multe despre modul în care emit atomi. Dar, de obicei, toți electronii sunt în orbitali în starea sa de echilibru, ei nu au nici un motiv să se mute în alte state. Substanța este respinsă ceva, acesta trebuie să absoarbă mai întâi energia. Lipsa unei metode care exploatează absorbția și emisia de lumină atom. Pe scurt spun că prima problemă la căldură sau lumină, înainte de a obține spectrul. Probleme nu vor apărea, în cazul în care un om de știință studiază stelele, și astfel încât acestea să strălucească prin propriile procese interne. Dar dacă doriți să studieze o bucată de minereu sau un produs alimentar, pentru a obține spectrul este de fapt necesar să se ardă. Această metodă nu este întotdeauna cazul.

Spectrele de absorbție

Emisiile și absorbția luminii de către atomi, ca metodă „funcționează“ în cele două părți. Puteți străluci o lumină de bandă largă substanță (de exemplu, una în care există fotoni de diferite lungimi de undă), și apoi să vedem ce absorb lungimi de undă. Dar această metodă este adecvată, nu întotdeauna, asigurați-vă că materialul este transparent pentru partea dorită a scalei electromagnetice.

Analiza calitativă și cantitativă

A devenit clar faptul că spectrele unice pentru fiecare substanță. Cititorul poate trage concluzia că această analiză este utilizată numai pentru a determina materialul din care este făcut. Cu toate acestea, gama posibilă este mult mai largă. numărul de atomi în compusul poate fi setat folosind tehnici speciale de examinare lățime și recunoașterea și intensitatea liniilor rezultate. Mai mult decât atât, acest indicator poate fi exprimată în unități diferite:

• procent (de exemplu, acest aliaj conține 1% alumină);
• în moli (dizolvați în acest lichid 3 mol de clorură de sodiu);
• în grame (prezente în proba de 0,2 g de uraniu și toriu 0,4 grame).

Uneori, analiza este mixtă: atât calitativă și cantitativă. Dar, în timp ce fizicienii poziția a liniilor memorate, și evaluate umbra lor cu ajutorul unor mese speciale, dar acum totul face programul.

Utilizarea spectrului

Am discutat deja în detaliu, ceea ce emisia și absorbția luminii de către atomi. Analiza spectrală este foarte larg utilizat. Nu există nici un domeniu de activitate umană, a fost utilizată indiferent unde avem în vedere fenomenul. Iată câteva dintre ele:

1. La începutul acestui articol, am vorbit despre smartphone-uri. Elementele siliciu semiconductoare au devenit atât de mici, inclusiv prin cristale de cercetare folosind analiza spectrală.
2. În cazul în care orice incident este unicitatea învelișul de electroni al fiecărui atom determină ce fel de glonț tras în primul rând, de ce masina sa stricat cadru sau macara turn, precum și otravă otrăvit oameni și cât de mult timp a petrecut în apă.
3. Medicina folosit analiza spectrală în avantajul lor cel mai adesea în raport cu fluidele corpului, dar se întâmplă că această metodă se aplică în țesuturi.
4. galaxii îndepărtate, nori de gaz cosmic, planete în fața stelelor - toate acestea sunt studiate de lumină și descompunerea sa în spectre. Oamenii de știință cunosc compoziția acestor obiecte, viteza lor, și procesele care au loc în ele, datorită faptului că ele pot captura și analiza fotonii care le emit sau absorb.

scară electromagnetică

Cele mai multe dintre toate, am să acorde o atenție la lumina vizibilă. Dar, pe scara electromagnetic acest segment este foarte mic. Faptul că ochiul uman nu se rezolvă mult mai largi șapte culori ale curcubeului. Emit și absorb nu numai fotonii vizibile (λ = 380-780 nm), dar și alte fotoni. scară electromagnetică include:

1. Undele radio (X = 100 km) transmite informații pe distanțe lungi. Datorită lungimii de undă foarte mari, energia lor este foarte scăzută. Ele sunt foarte usor de absorbit.
2. val terahertzi (X = 1-0,1 milimetri) până de curând, nu au fost disponibile. Anterior, gama lor include undele radio, dar acum acest segment al scalei electromagnetice este alocată într-o clasă separată.
3. În infraroșu de lungime de undă (X = 0,74-2000 micrometri) de transfer de căldură. Foc, lumina, soarele le emit din abundență.

Lumina vizibila am revizuit, astfel încât mai multe detalii despre acesta nu se va scrie.

lungime de undă ultraviolete (λ = 10-400 nm) letală pentru om în exces, dar dezavantajul lor este ireversibil. stele noastră centrală oferă o mulțime de lumină ultravioletă, iar atmosfera Pământului își păstrează cea mai mare parte.

Razele X și raze gamma (X <10 nm) au o gamă comună, dar diferă în origine. Pentru a le obține, este necesar să se disperseze electroni sau atomi la viteze foarte mari. Laboratorul de oameni sunt capabili de aceasta, ci în natura unei astfel de puteri apar doar în interiorul stele, sau coliziuni de obiecte masive. Un exemplu al doilea proces poate servi ca exploziile supernovelor, absorbția stelei de către o gaură neagră, întâlnirea a două galaxii și galaxii și nori masive de gaz.

Undele electromagnetice ale tuturor intervalelor, și anume capacitatea acestora de a fi emise și absorbite de atomi, sunt utilizate în activitatea umană. Indiferent de faptul că cititorul a ales (sau numai pentru cei aleși) ca căile vieții sale, el cu siguranță se confruntă cu rezultatele studiilor spectrale. Vânzătorul se bucură de un terminal de plată modern, deoarece odată ce omul de știință au studiat proprietățile substanțelor și a creat un microcip. Agrară fertilizează câmpurile și să colecteze randamentele ridicate sunt acum doar pentru că odată ce un geolog a descoperit într-o bucată de minereu de fosfor. Ea poartă haine strălucitoare numai cu invenția de coloranți chimici persistenți.

Dar dacă cititorul dorește să se conecteze viața lui cu lumea științei, trebuie să studieze mult mai mult decât conceptele de bază ale procesului de emisie și de absorbție de fotoni de lumină în atomi.