6.2.2. Линейчатые спектры.

Светящиеся газы (разреженные) в атомарном состоянии создают линейчатые спектры испускания, состоящие из отдельных узких спектральных линий. Спектральные линии имеют определенную интенсивность и отделены одна от другой темными промежутками. Изолированные атомы данного химического элемента излучают вполне определенную, присущую только этому химическому элементу, совокупность спектральных линий. Например, светящиеся пары атома натрия в вакууме имеют в своем спектре среди других линий две яркие желтые линии с длинами волн 589,6 нм и 589,0 нм.

Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном состоянии (но не молекулярном состоянии). В этом случае свет излучает атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Это самый фундаментальный, основной тип спектров.

Обычно для наблюдения линейчатых спектров используют свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом. Главное свойство линейчатых спектров состоит в том, что длины волн (или частоты) линейчатого спектра какого-либо вещества зависят только от свойств атомов этого вещества, но совершенно не зависят от способов возбуждения свечения атомов. Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн.

На этом основан спектральный анализ – метод определения химического состава вещества по его спектру.

6.2.3. Полосатые спектры

Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. С помощью хорошего спектрального аппарата можно обнаружить, что каждая полоса представляет собой совокупность большого числа весьма тесно расположенных линий. В отличие от линейчатых спектров полосатые спектры создаются не атомами, а молекулами, не связанными друг с другом.

Для наблюдения молекулярных спектров также, как и для наблюдения линейчатых спектров, обычно используют свечение паров в пламени при свечении газового разряда.

Как известно, раскаленные твердые и жидкие тела, а также газы большой плотности, независимо от их состава, в испускают сплошные и линейчатые спектры. Полосатые спектры испускаются возбужденными молекулами газа, линейчатые - атомами.

Обычно полосатые спектры испускаются не очень разряженными, а линейчатые - очень разряженными газами /или парами/. Все металлы газообразном состоянии также дают линейчатые спектры. Каждый химический элемент испускает типичный для него спектр. Для анализа спектров служат спектральные приборы.

6.3. Описание установки

С п е к т р о с к о п о м называется прибор, служащий для пространственного разделения лучей различных длин волн, причем, наблюдение полученного спектра в целом или отдельных спектральных линий производится визуально.

С п е к т р о г р а ф о м называется прибор, предназначенный для получения спектрограммы, т.е. фотографического изображения спектра.

Оптическая схема простейшего спектроскопа дана на рис.6.1.

Рис. 6.1. Оптическая схема спектроскопа

Рис.6.1 Оптическая схема простейшего спектроскопа

Основной частью спектроскопа является призма Ð, которая разлагает в спектр пучок параллельных лучей немонохроматического света. Левая часть прибора - коллиматорная труба - состоит из узкой щели S и линзы L. Назначение коллиматора - давать параллельный пучок света, падающий на призму. Для этого щель располагается в главной фокальной плоскости линзы L. Так как лучи равной длины волны отклоняются призмой на разные углы /дисперсия/, то из призмы выходят параллельные пучки различных направлений. С помощью второй линзы L₂ параллельные пучки собираются в различных точках ее фокальной плоскости. В результате на экран /или на фотопластинку/ проектируется ряд изображений входной щели.

В фокальной плоскости линзы L₂ в спектроскопе устанавливается окуляр для визуального наблюдения, в спектрографе вместе него - фотографическая пластинка. Если в плоскости UU установить щель S₂, то сквозь нее будет проходить узкий монохроматический пучок. При вращении призмы вокруг оси, перпендикулярной плоскости чертежа, весь спектр будет смещаться в плоскости U, и щель S₂ будет выделять практически различные лучи. Такой прибор, служащий для выделения монохроматического пучка, называется монохроматором. Если изображение щели S₁ наблюдается с помощью окуляра в виде отдельной монохроматической линии, то монохроматор превращается в спектроскоп. Поскольку в спектроскопах поворот призмы осуществляется при помощи барабана с делениями, то каждому положению барабана соответствует определенная длина волны выходящего света.

Градировочный график спектроскопа выражает зависимость между длиной волны выходящего светового пучка и делениями барабана.