Свет – электромагнитная волна

Свет – это электромагнитная волна (λ = 4∙10⁻⁷ – 8∙10⁻⁷ м), которую излучает атом.

По второму постулату Бора возможные частоты излучения водорода равны:

, или

где R – постоянная Ридберга, равная 3,2∙10¹⁵ с⁻¹, n и k – номера орбит.

Таким образом, источниками света являются возбужденные атомы и молекулы, свет генерируется при переходе атомов (молекул) из одного возбужденного состояния в другое, v генерируемого света пропорциональна ΔE, свет излучается и поглощается в виде квантов.

Виды излучений

Тепловое

При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет (Солнце, лампа накаливания, пламя и др.).

Электролюминесценция

При разряде в газе электрическое поле увеличивает E_k электронов. Быстрые электроны возбуждают атомы в результате неупругого соударения с ними. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн (трубки для рекламных надписей, северное сияние и др.).

Катодолюминесценция

Свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой этих тел электронами (электронно-лучевые трубки телевизоров).

Хемилюминесценция

Электроны возбуждаются от химических реакций (светлячки и другие живые организмы, бактерии, насекомые, многие рыбы).

Фотолюминесценция

Падающий па вещество свет возбуждает атомы вещества, после чего они излучают свет (светящиеся краски).

Распределение энергии в спектре

Все источники не дают свет строго определенной длины волны. Распределение излучения по частотам характеризуется спектральной плотностью интенсивности излучения I_ν. Тогда интенсивность и излучения с небольшого спектрального интервала Δν равна I_νΔν.

Распределение энергии в видимой части спектра электрической дуги.

Типы спектров

Спектры испускания

Совокупность частот (или длин волн), которые содержатся в излучении какого-либо вещества, называют спектром испускания. Они бывают грех видов.

Сплошной – эго спектр, содержащий все длины ноли определенного диапазона от красного с λ_к = 7,6∙10⁻⁷ м до фиолетового с λ_ф = 4∙10⁻⁷ м. Сплошной спектр излучают нагретые твердые и жидкие вещества, газы, нагретые под большим давлением.

Линейчатый – это спектр, испускаемый газами, парами малой плотности в атомарном состоянии. Состоит из отдельных линий разного или одного цвета, имеющих разные расположения. Каждый атом излучает набор электромагнитных воли определенных частот. Поэтому каждый химический элемент имеем свой спектр.

Полосатый – это спектр, который испускается газом в молекулярном состоянии.

Линейчатые и полосатые спектры можно получить путем нагрева вещества или пропускания электрического тока.

Спектры поглощения

Спектры поглощения получают, пропуская свет от источника, дающего сплошной спектр, через вещество, атомы которого находятся в невозбужденном состоянии.

Спектр поглощения – это совокупность частот, поглощаемых данным веществом. Согласно закону Кирхгофа вещество поглощает те линии спектра, которые и испускает, являясь источником света.

Спектральный анализ

Исследование спектров испускания и поглощения позволяет установить качественный состав вещества Количественное содержание элемента в соединении определяется путем измерения яркости спектральных линий. Метод определения качественного и количественного состава вещества по его спектру называется спектральным анализом. Зная длины волн, испускаемых различными парами, можно установить наличие тех или иных элементов и веществе. Этот метод очень чувствителен, Можно обнаружить элемент, масса которого в пробе не превышает 10⁻¹⁰ г. Отдельные линии в спектрах различных элементов могут совпадать, но в целом спектр каждого элемента является его индивидуальной характеристикой. Спектральный анализ сыграл большую роль в науке. С его помощью был изучен состав Солнца и звезд.

В спектре Солнца (1814) были открыты фраунгоферовы темные линии.

Солнце – раскаленный газовый шар (Т ≈ 6000°С), испускающий сплошной спектр Солнечные лучи проходят через атмосферу Солнца, где Т ≈ 2000 – 3000 °С.

Корона поглощает из сплошного спектра определенные частоты, а мы на Земле принимаем солнечный спектр поглощения По нему можно определить, какие элементы присутствуют в короне Солнца.

Он помог обнаружить все земные элементы, а также неизвестный элемент, который назвали гелий. Через 26 лет (1894) открыли гелий на Земле. Благодаря спектральному анализу открыто 25 элементов.

Благодаря сравнительной простоте и универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов.

Спектральный анализ можно производить как по спектрам испускания, так и по спектрам поглощения.

Состав сложных смесей анализируется по молекулярном) спектру.

ОК-32