Оптические спектры Спектры испускания
400 450 500 550 600 700 (нм)
(1−сплошной; линейчатые: 2−натрия; 3−водорода; 4−гелия)
Рис. 19.13
Полосатые спектры
а)
Cпектр испускания паров молекул иода
б)
Спектр испускания угольной дуги (полосы молекул CN и С2)
Рис.19.14
Спектры поглощения
400 450 500 550 600 700 (нм)
(5−солнечный; линейчатые: 6−натрия; 7−водорода; 8−гелия)
Рис. 19.15
На рисунках 19.13 и 19.15 сопоставлены спектры испускания и поглощения разреженных паров натрия, водорода и гелия.
Изучая спектры испускания и поглощения атомов, еще в 19 веке физики пришли к выводу, что атом не является неделимой частицей, а обладает некоторой внутренней сложной структурой.
Использование линейчатых спектров лежит в основе спектрального анализа – метода исследования химического состава веществ по их спектрам. 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. Например, в спектре Солнца (1814) были открыты фраунгоферовы темные линии, происхождение которых объясняется следующим образом. Солнце, являясь раскаленным газовым шаром (Т ~ 6000 °С), испускает сплошной спектр. Солнечные лучи проходят через атмосферу Солнца (солнечную корону, температура которой ~(2000–3000) °С. Корона поглощает из сплошного спектра излучение определенной частоты, а на Земле регистрируется солнечный спектр поглощения (рис. 19.15,5), по которому можно определить, какие химические элементы присутствуют в короне Солнца. По спектрам поглощения на Солнце были обнаружены все земные элементы, а также неизвестный ранее элемент, который назвали гелий. Через 26 лет (1894) открыли гелий на Земле. Благодаря спектральному анализу на Земле было открыто еще 25 химических элементов.
Более того, спектральный анализ Солнца и звезд показал, что входящие в их состав химические элементы имеются и на Земле, т.е. вещество Вселенной состоит из одного и того же набора элементов.
Из-за своей сравнительной простоты и универсальности спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов как по спектрам испускания, так и по спектрам поглощения. Состав сложных смесей анализируется по молекулярным спектрам.
При определенных условиях методами спектрального анализа можно не только определить химический состав компонент, но и их количественное содержание.
Контрольные вопросы:
1. Приведите формулу Бальмера и поясните ее физический смысл.
2. Почему из различных серий спектральных линий атома водорода первой была изучена серия Бальмера?
3. Какие серии спектральных линий вы знаете?
4. Чему равна частота излучения атома водорода, соответствующая коротковолновой границе серии Брэкета?
5. Нарисуйте и поясните схему энергетических уровней атома водорода.
6. Приведите схему опыта Резерфорда и поясните ее.
7. Что такое постулаты Бора? Каков их физический смысл? Как с их помощью объясняется линейчатый спектр атома?
8. Что такое стационарные орбиты? Как рассчитываются их радиусы?
9. Почему ядерная модель атома по Резерфорду оказалась несостоятельной?
10. Приведите схему опыта Франка и Герца и вольт-амперную характеристику, описывающую результат этого эксперимента.
11. Какие постулаты Бора были подтверждены опытами Франка и Герца?
12. Какие основные выводы можно сделать на основании опытов Франка и Герца?
13. Пользуясь моделью Бора, укажите спектральные линии, которые могут возникнуть при переходе атома водорода из состояний с n=3 и с n= 4.
14. Назовите виды спектров испускания. Охарактеризуйте условия получения каждого вида спектров.
15. Что такое спектр поглощения? Условия получения спектров поглощения.
16. Что лежит в основе спектрального анализа?