21. Спектр түрлерiне шолу жасаңыз. Шығару (жұтылу) спектрi деп қандай спектрдi айтады?

Спектр түрлерi сызықтық, жолақ және тұтас.

Сызықтық спектрлер бiр-бiрiнен бiршама қашықтықтарда орналасқан жеке-жеке сызықтардан тұрады. Сызықтық спектрлер молекулаға бiрiкпеген және бiр-бiрiмен әсерлеспейтiн жеке атомдар жарық шығарған жағдайда алынады. Сызықтық спектр беретiн көп тараған жарық көздерi солғын, доғалық және ұшқындық разрядтар, жалын.

Жолақ спектрлер әрқайсысы өте жиi орналасқан, кей жағдайда бiрiгiп кеткен сызықтар жиынтығы болып табылатын енi үлкенiрек немесе кiшiрек болып келетiн жолақтардан тұрады. Жолақ спектрлер молекулаларға тән.

Үздiксiз (тұтас) спектр тұтас кең жолақ түрiнде бiр-бiрiмен қосылып кеткен өте көп сызықтар болып табылады. Тұтас спектр қыздырылған қатты немесе сұйық зат шығаратын сәуленi толқын ұзындықтары бойынша жiктеген кезде алынады.

З

8

аттың шығару спектрiн алу үшiн оның бөлшектерiне қосымша энергия берiп қоздыру керек. Осы мақсатта зат үлгiсi жарық көзiне ендiрiледi. Мұнда үлгi қыздырылып, буға айналады, зат молекулалары атомдарға жiктеледi (диссоциацияланады), жекелеген атомдар мен иондардың қоздырылуы iске асырылады. Зат бөлшектерi қозған күйде өте қысқа уақыт (10^-7-10^-8с) болады, содан өздiгiнен қалыпты күйге оралып, артық энергияларын жарық кванттары түрiнде шығарады, ал бұлар зат үлгiсiнiң шығару спектрiн құрайды. Егер үлгiдегi барлық элемент атомдары бiр мезгiлде қоздырылатын болса, онда спектрде бұлардың әрқайсысына сәйкес жиiлiктер (толқын ұзындықтар) - сызықтар алынатын болады.

Зат үлгiсiнiң тiркелген спектрiн талдау керек болады. Өйткенi әрбiр элементтiң және әрбiр заттың өзiнiң нақты толқын ұзындықтарына сәйкес сызықтардан немесе жолақтардан тұратын сипаттауыш спектрi болады. Сондықтан спектрлiк талдау жүргiзгенде сызықтардың (жолақтардың) толқын ұзындықтары анықталады және бұлардың қандай элементтердiкi екендiгi анықтама әдебиет арқылы тағайындалады.

Зат үлгiсi спектрiн зерттеудi және талдауды мүмкiн ету үшiн жиiлiктерi әртүрлi кванттарды кеңiстiкте бiр-бiрiнен ажырату керек, басқаша айтқанда, электромагниттiк сәуленi жиiлiк (толқын ұзындық) бойынша жiктеу керек. Осы процесс жарықты спектрге жiктеу деп аталады. Бұл спектрлiк аспаптарда iске асырылады.

Толқын ұзындықтары бойынша жiктелген сәуле әйтеуiр бiр амалмен тiркелуi керек. Бұл үшін жарықты тiркеудiң әр түрлi әдiстерi қолданылады, көп тарағаны фотографиялық және фотоэлектрлiк әдiстер.

Фотографиялық тiркеу әдiсi фотопленка немесе фотопластинкаға түскенде жарық бұлардың қараюын тудыруына негiзделген. Шығару спектрi осы жағдайда пластинканың (әйнектiң) бетiнде қара сызықтар (сызықтық спектр) немесе қара жолақтар (жолақ спектр) түрiнде алынады.

5. Атомдық спектрлер. Атомдар электромагниттiк сәуленi шығарған және жұтқан жағдайда сәуле жұтқан немесе шығарған әрбiр атомның iшкi энергиясы өзгередi.

Атомның iшкi энергиясы оның ядросының энергиясы мен электрондарының энергиясынан құралады. Егер атомға сырттан әсер етiлмесе, онда оның ядросы мен электрондары атомның iшкi энергиясы ең аз болатындай энергетикалық күйлерге жайғасады, яғни атом қозбаған болады. Бiр элементтiң барлық атомдарының iшкi энергиялары бiрдей болады.

А

9

томды оған сырттан қосымша энергия беру арқылы ғана қоздыруға болады. Ядроны қоздыру үшiн 10⁵ эВ шамасындағы үлкен энергия қажет, бұл -сәулесi кванттарына сәйкес келедi. Оптикалық және рентген спектрлерi алынатын жағдайларда атом ядроларының энергиясы өзгермейдi де, атомдардың iшкi энергиясы тек электрондардың энергетикалық күйлерiне тәуелдi болады.

Ядромен берiк байланысқан толған iшкi электрондық қабықтағы электронды қоздыру немесе жұлып шығару үшін едәуiр жоғары мөлшерде (жүздеген эВ болатын) энергия қажет. Iшкi электрондық қабықтар өзгерiске ұшырағанда атомдар рентген сәулесi кванттарын жұтып немесе шығаратын болады, бұлар элементтiң рентгендiк спектрiн құрайды.

Атомның сыртқы және толмаған iшкi электрондық қабықтарының электрондары ядромен едәуiр әлсiз байланысқан. Бұларды қоздыру үшiн, тiптi жұлып шығару үшiн бар болғаны бiрнеше эВ энергия жеткiлiктi. Көрiнетiн, ультракүлгiн, инфрақызыл сәуле фотондарының энергиясы осы шамалас болады және де осындай энергияны атомдар доғалық, ұшқындық разряд сияқты жарық көздерiнде қабылдай алады.

Сонымен, оптикалық спектрлер алынатын жағдайларда атом энергиясының өзгерiсi тек оптикалық электрондар энергиясының өзгеруiне байланысты болады. Сыртқы және толмаған iшкi қабықтардағы электрондар осылай аталады. Химияда осы электрондар валенттiк деп аталады, өйткенi бұлар химиялық байланысқа қатысады және элементтердiң валенттiлiгiн анықтайды.

Мысалы, натрийдың қоздырылмаған атомында ₁₁Na 1s²2s²2p⁶3s¹ сыртқы қабықтын 3s күйдегi электрон оптикалык болып табылады.

Алюминий атомында үш оптикалык электрон бар: Al 1s²2p²2p⁶3s²3p¹.

Бұлардың бәрi сыртқы қабықта, бiрақ екеуi 3s күйде (n=3, l=0), ал бiреуi 3p күйде (n=3, l=1).

22. Спектрдi қоздыру көзi деген не? Қандай қоздыру көздерi болады?(15-бет)

23. Жарық көзiнде зат атомдары қандай процестер нәтижесiнде қоздырылады?

24. Гартман диафрагмасы мен темiр спектрiнiң спектрограмманы талдау жүргiзгенде атқаратын ролi.(18-20)

25. «Соңғы» сызықтар деген қандай сызықтар? Тексеру сызықтары ше?

Сапалық спектрлiк талдау негiзiне әрбiр химиялық элемент атомдары қоздырылған кезде осы элементке тән сызықтық спектр шығару қабілетi алынған. Басқа талдау әдiстерiмен салыстырғанда спектрлiк талдау ең қарапайым, тез әрi сезгiштiгi жоғары әдiс болып табылады.

Сапалық талдауды жүргізу бiрнеше iс-әрекеттен тұрады:

1. Талданатын зат үлгісi буға айналдырылып және спектрiн қоздыру; 2. Спектрдi көзбен қарау немесе суретке түсіру; 3. Спектрден тиiстi элементтердiң бұларға тән сызықтарын табу.

Зерттелетiн зат үлгісiнде берiлген элементтiң бар екендiгiн анықтау үшін спектрден бiр-екi тиiстi сызықтың (талдау сызығы-аналитическая линия) сенiмдi табылуы жеткiлiктi болады.

Ә

25

рбiр элемент спектрiнде интенсивтiлiгi әр түрлі көп сызық болады. Ал сапалық талдау жүргізу үшін элемент сызықтарының бәрiн түгел анықтап шығу тиiмсiз болар едi (уақыт өте көп жұмсалар едi). Сондықтан берiлген элементтi сипаттайтын-сипаттауыш сызықтары сайланып алынады. Әрбiр элемент үшін «соңғы» сызықтар деп аталатын бiрнеше ең сезгiш сызықтар тағайындалған; бұлар берiлген элемент концентрациясын төмендеткенде спектрдегi сызықтар саны бiрте-бiрте азайып спектрден ең соңында жойылатын (көрiнбей кететiн) сызықтар. Әр түрлі элемент үшін «соңғы» сызықтар жойылатын концентрация да әр түрлі болады. Элементтердiң көпшiлiгiн бұлардың концентрациясы 0,01-0,001% болғанда, кейде <0,001% болғанда анықтауға болады. «Соңғы» сызықтардың, әдетте, қоздыру потенциалы жоғары болмайды. Көбiнесе бұл сызықтар атомның төменгi, негiзгi деңгейге ауысуларына сәйкес келедi де резонанстық сызықтар болып табылады. Талдау сенiмдiлiгiн арттыру үшін әрбiр элементтi анықтау жалғыз сызық бойынша емес, көбiне оның бiрнеше «соңғы» сызығы бойынша жүргізiледi. Барлық элементтер үшін бұлардың «соңғы» сызықтары жақсы белгiлi. Бұлардың тiзбеci спектрлiк сызықтар кестелерiнде, спектрлiк сызықтар атластарында келтiрiлген.

Ескеретiн нәрсе, үлгідегi элемент концентрациясын төмендеткенде спектрлiк сызықтардың жойылу ретi қатаң тұрақты емес, көптеген себептерге: қоздыру көзiне, фотопластинка сезгiштiгiне, үлгі құрамына тәуелдi болады. Мысалы, Zn I 213,9 нм сызығы спектрдiң қысқа толқынды бөлiгiне арнайы сезгiштiгi күшейтiлген пластинканы қолданғанда ғана «соңғы» сызық бола алады. Ал бұлай болмаған жағдайда бұл сызық спектрден басқаларынан бұрын жойылады (көрiнбей кетедi).

Әр түрлі элементтердiң көптеген сызықтары толқын ұзындықтары бойынша бiрiне-бiрi өте жақын болады; бұлар спектрограммада бiрiмен-бiрi қабаттасып жататындықтан бұларды ажырату қиын болады.