Emissionen og absorption af lys ved atomer. Oprindelsen af Liniespektre

Denne artikel indeholder de grundlæggende begreber er nødvendige for at forstå, hvordan udledningen og absorption af lys ved atomer. Der er også beskrevet anvendelsen af disse fænomener.

Smartphone og fysik

Den mand, der blev født efter 1990, kan hans liv uden en lang række elektroniske enheder ikke give. Den smartphone ikke blot erstatter telefonen, men også gør det muligt at overvåge de valutakurser, at handle, til at kalde en taxa og selv svarer til de astronauter om bord på ISS, gennem deres anvendelse. Henholdsvis og opfattes af alle de digitale assistenter som en selvfølge. Emissionen og absorption af lys ved atomer, der gør og har muliggjort en tid med at reducere alle former for udstyr, så læserne vil synes en kedelig emne i fysik lektioner. Men denne gren af fysikken en masse interessante og spændende.

Teoretisk baggrund for åbningen af spektrene

Der er et ordsprog: "Den nysgerrighed før et fald" Men dette udtryk snarere det faktum, at det forkerte forhold er bedre ikke at blande sig. Men hvis vise nysgerrighed over for verden, vil intet galt ikke ske. I slutningen af det nittende århundrede, folk begyndte at forstå karakteren af magnetisme (som er veldokumenteret i systemet af Maxwells ligninger). Det næste spørgsmål, som vil give forskere, blev strukturen af stof. Det er nødvendigt straks at klarlægge: for videnskaben er ikke meget værdifuld emission og absorption af lys ved atomer. Linje spektre - er en konsekvens af dette fænomen, og grundlaget for studiet af strukturen af stof.

atomets struktur

Forskere i det antikke Grækenland tyder på, at marmor er sammensat af flere stykker udelelige "atomer". Og inden udgangen af det nittende århundrede, syntes det var de mindste partikler af stof. Men erfaringerne fra Rutherford om spredning af tunge partikler på guldfolien har vist, at atomet har også en indre struktur. Heavy kerne er i centrum og positivt ladede, letvægts negative elektroner kredser omkring ham.

Paradokser atomer i Maxwell teori

Disse resultater har givet anledning til flere paradokser: ifølge Maxwells ligninger, enhver flytning ladet partikel udsender et elektromagnetisk felt, derfor mister energi. Hvorfor så elektronerne ikke falder ind i kernen, og fortsætte med at rotere? Det var heller ikke klart, hvorfor hvert atom absorberer eller udsender fotoner med kun en bestemt bølgelængde. Bohrs teori gjorde det muligt at kurere defekterne ved at indtaste orbitaler. Ifølge de læresætninger denne teori, kan elektronerne omkring kernen kun på disse orbitaler. Overgangen mellem de to nabostater ledsages enten af emission eller absorption af en foton med en vis energi. Emissionen og absorption af lys ved atomer er netop på grund af dette.

bølgelængde, frekvens, energi

For en mere komplet billede, du har brug for at snakke lidt om fotoner. Disse er elementarpartikler, der har ingen hvile masse. De eksisterer kun så længe at bevæge sig gennem omgivelserne. Men vægten har stadig: rammer overfladen, de sender den en impuls, der ville have været umuligt uden masse. Bare en masse af det omdannes til energi, hvilket gør den substans, som de ramte, og de optages, lidt varmere. Bohrs teori forklarer ikke denne kendsgerning. Egenskaberne af fotonen og de funktioner, dens adfærd er beskrevet af kvantefysik. Så fotonen - både bølge og partikel med masse. Photon, og som en bølge har følgende karakteristika: en længde (λ), en frekvens (ν), energi (E). Jo længere bølgelængde jo lavere frekvens, og jo lavere energi.

Spektret af et atom

Det atomare spektrum dannes i flere etaper.

1. Elektroniske afbrydere i atomet med orbital 2 (af højere energi) på den orbitale 1 (med lav energi mindre).
2. Vis mængde energi frigøres, der er udformet som et kvantum af lys (hv).
3. Denne foton udsendes i det omgivende rum.

Således det opnåede og liniespektrum atom. Hvorfor hedder det på den måde, forklarer hans form, når særlige enheder "fange" de udgående fotoner af lys på en optageenhed fast antal linjer. For at adskille fotoner med forskellige bølgelængder, der anvendes af diffraktion fænomen bølger med forskellige frekvenser har forskellige brydningsindeks dermed en mere afbøjede end den anden.

Stoffers egenskaber og spektre

Linjen spektrum af stoffet er unikt for hver slags atomer. Det er i emissionen af hydrogen vil give et sæt linjer, og guld - andre. Denne kendsgerning er grundlaget for anvendelsen af spektroskopi. Have opnået spektret noget, kan man forstå, hvad der er i det væsentlige i dens atomer arrangeret i forhold til hinanden. Denne metode gør det muligt at definere og forskellige egenskaber af de materialer, som ofte bruger kemi og fysik. Absorption og emission af lys ved atomer - en af de mest almindelige værktøjer til studiet af den omgivende verden.

Ulemper emissionsspektre

Op til dette punkt siger mere om, hvordan atomerne udsender. Men som regel, alle elektronerne er i orbitaler i sin ligevægtstilstand, har de ingen grund til at flytte til andre stater. Stoffet er noget afvises, skal det først absorbere energien. Denne mangel på en metode, der udnytter absorption og emission af lys atom. Kort at sige, at den første sag for varme eller lys, før vi får spektret. Spørgsmål vil ikke opstå, hvis en videnskabsmand studerer stjernerne, og så de skinner gennem deres egne interne processer. Men hvis du ønsker at studere et stykke malm eller fødevareprodukt, for at opnå spektret er det faktisk nødvendigt at brænde. Denne metode er ikke altid tilfældet.

absorptionsspektre

Emission og absorption af lys ved atomer som en metode "virker" i de to sider. Du kan skinne en lys på stof bredbånd (dvs. en, hvor der er fotoner med forskellige bølgelængder), og så se, hvad bølgelængder absorbere. Men denne fremgangsmåde er egnet ikke altid, være sikker på, at materialet er transparent for den ønskede del af det elektromagnetiske skala.

Kvalitativ og kvantitativ analyse

Det blev klart, at spektre unik for hvert stof. Læseren kan konkludere, at denne analyse kun anvendes til bestemmelse det materiale, hvoraf den er fremstillet. Men det mulige område er meget bredere. antallet af atomer i forbindelsen kan indstilles ved hjælp af specielle teknikker bredde undersøgelse og anerkendelse og intensiteten af de resulterende linier. Desuden kan denne indikator udtrykkes i forskellige enheder:

• procentdel (f.eks denne legering indeholder 1% aluminiumoxid);
• i mol (opløst i denne væske 3 mol natriumchlorid);
• i gram (til stede i prøven af 0,2 g uran og thorium 0,4 g).

Nogle gange analysen er blandet: både kvalitativt og kvantitativt. Men hvor fysikere huskede position af linjerne, og vurderet deres skygge ved hjælp af specielle borde, men nu er det hele gør programmet.

Anvendelsen af frekvenser

Vi har allerede drøftet i detaljer, hvad emission og absorption af lys ved atomer. Spektral analyse bruges meget bredt. Der er intet område af menneskelig aktivitet, blev uanset hvor vi overvejer fænomenet brugt. Her er nogle af dem:

1. I begyndelsen af denne artikel, vi talte om smartphones. Silicium halvlederelementer er blevet så lille, herunder gennem forskning krystaller under anvendelse af spektralanalyse.
2. Hvis nogen hændelse er det unikke i elektron skallen af hvert atom bestemmer hvilken slags kugle affyret første, hvorfor bilen brød rammer eller tårn kran, samt nogle gift forgiftet mennesker, og hvor meget tid han tilbragte i vandet.
3. Medicin spektralanalyse til deres fordel oftest i forbindelse med legemsvæsker, men det sker, at denne fremgangsmåde anvendes til vævene.
4. Fjerne galakser, kosmiske gasskyer, planeter foran de stjerner - alt dette er undersøgt af lys og dets nedbrydning i spektre. Forskerne kender sammensætningen af disse objekter, deres hastighed, og de processer, der sker i dem på grund af det faktum, at de kan fange og analysere fotonerne de udsender eller absorberer.

Elektromagnetisk skala

Mest af alt, vi er opmærksomme på synligt lys. Men på den elektromagnetiske skala dette segment er meget lille. Det faktum, at det menneskelige øje ikke løser langt bredere syv regnbuens farver. Kan udsende og absorbere ikke kun synlige fotoner (λ = 380-780 nm), men andre fotoner. Elektromagnetisk skala inkluderer:

1. Radiobølger (Å = 100 kilometer) sende information over lange afstande. På grund af den meget store bølgelængde, deres energi er meget lav. De er meget let absorberes.
2. Terahertz bølge (A = 1-0,1 mm) indtil for nylig var ikke let tilgængelige. Tidligere deres sortiment omfatter radiobølger, men nu er afsat dette segment af den elektromagnetiske skala i en separat klasse.
3. Infrarød bølgelængde (Å = 0,74-2000 mikrometer) varmeoverførsel. Brand, lys, sol udsender dem i overflod.

Synligt lys vi revideret, så flere detaljer om det ikke vil skrive.

Ultraviolet bølgelængde (λ = 10-400 nm) dødelig for mennesker i overskud, men deres ulempe er irreversibel. Vores centrale stjerne giver en masse af ultraviolet lys, og jordens atmosfære bevarer det meste af det.

Røntgenstråler og gammastråler (Å <10 nm) har en fælles område, men afviger i oprindelse. At opnå dem, er det nødvendigt at dispergere elektroner eller atomer til meget høje hastigheder. Laboratoriet for mennesker er i stand til det, men har karakter af en sådan magt kun ske inde stjerner, eller kollisioner af massive objekter. Et eksempel på sidstnævnte proces kan tjene som supernovaeksplosioner, absorptionen af stjernen af et sort hul, mødet mellem to galakser og galakser og massive skyer af gas.

Elektromagnetiske bølger for alle kategorier, nemlig deres evne til at blive udsendes og absorberet af atomer, der anvendes i human aktivitet. Uanset det faktum, at læseren har valgt (eller kun til udvalgte) som hans livs veje, han sikkert ansigt med resultaterne af spektrale undersøgelser. Sælgeren har en moderne betalingsterminal fordi når videnskabsmand studerede stoffernes egenskaber og skabte en mikrochip. Agrare fertilizes felterne og indsamle høje udbytter er nu kun fordi når en geolog opdaget i et stykke fosfor malm. Hun bærer lyse tøj kun med opfindelsen af vedvarende kemiske farvestoffer.

Men hvis læseren ønsker at forbinde sit liv med den videnskabelige verden, er du nødt til at studere meget mere end de grundlæggende begreber i processen med emission og absorption af fotoner af lys i atomer.