§ 60. Спектри поглинання

Вище говорилося про те, що прозорі тіла поглинають частину світла, яке на них падає. Якщо біле світло про­пустити через таку речовину, а потім спрямувати на щіли­ну спектроскопа, то в суцільному спектрі білого світла з'являються темні лінії або смуги поглинання. Такий спектр називають спектром поглинання. Для різних речо­вин вигляд спектра поглинання буде різним — темні смуги чи лінії поглинання виникають у різних місцях суцільного спектра, мають неоднакову ширину.

Особливо великий інтерес становить вивчення спектрів поглинання одноатомних газів, що випромінюють ліній­часті спектри. Які промені поглинатиме такий газ, якщо через нього пропустити біле світло? Відповісти на це запитання можна, виконуючи дослід.

Спочатку дістанемо спектр натрію на екрані у вигляді яскравої жовтої смуги. Потім через полум'я пальника спрямуємо на призму пучок світла від проекційного ліх­таря. При наявності в полум'ї пальника кухонної солі на екрані видно неперервний спектр електричної дуги (або лампочки розжарювання) з темною лінією якраз у тому місці, де була яскрава жовта лінія натрію (мал. 129). Виникнення цієї лінії пояснюється тим, що атоми натрію з усіх променів електричної дуги поглинають лише ті, які вони самі здатні випромінювати. (Причину такого погли­нання світла атомами газу ^пояснимо пізніше.)

Таке саме «обернення» спектральних ліній спостері­гається у спектрах випромінювання та поглинання газів і пари багатьох інших хімічних елементів. Пара чи гази поглинають випромінювання лише тих довжин хвиль, які вони самі можуть випромінювати.

Саме за спектрами поглинання Сонця і зір можна дослі­джувати хімічний склад цих небесних тіл. Поверхня Сонця, яка яскраво світиться,— фотосфера з температурою близько 6000 °С дає неперервний (суцільний) спектр. Це випромінювання проходить через холоднішу (2000— 3000 °С) атмосферу Сонця. Атмосфера Сонця поглинає із суцільного спектра фотосфери світло певних частот, що приводить до появи майже 20 000 ліній поглинання на фоні неперервного спектра фотосфери. За цими лі­ніями поглинання було встановлено, що в хромосфері Сонця є водень, кальцій, натрій, залізо та інші хімічні елементи.

Під час сонячних затемнень, коли видно лише сонячну корону, відбувається «обернення» ліній спектра: на місці ліній поглинання у спектрі фотосфери спалахують лінії випромінювання у спектрі корони.

§ 61. Спектральний аналіз

Кожен хімічний елемент має свій характерний лі­нійчастий спектр випромінювання. Лінійчастий спектр речовини складається з лінійчастих спектрів хімічних елементів, які входять до її складу. Тому за лінійчастим спектром речовини можна визначити, які хімічні елементи входять до її складу. Такий метод визначення хімічного складу речовини називають спектральним аналізом.

Спектральний аналіз широко використовується в різ­них галузях науки і техніки. Він надзвичайно чутливий, дає змогу виявити присутність мільйонних часток мілі­грама хімічного елемента в речовині, причому кількість досліджуваної речовини, необхідної для проведення спект­рального аналізу, також дуже незначна (часто достатньо ). У цьому полягає одна з його переваг перед звичайними хімічними методами аналізу. Друга перевага спектрального аналізу та, що за його допомогою можна визначити хімічний склад тіл, які знаходяться на будь-якій великій відстані, необхідно лише, щоб промені від них потрапляли в спектральний апарат. Тому цей метод широко використовується в астрономії для визначення хімічного складу Сонця, зір, їхньої температури, руху в просторі тощо.

Спектральний аналіз газів і пари можна проводити і за спектрами поглинання. У попередньому параграфі гово­рилося про визначення хімічного складу сонячної корони

за спектром поглинання Сонця. Спектри поглинання ши­роко використовуються для дослідження будови речовин і для технічного контролю складу речовин на виробництві.

Зараз визначено спектри усіх хімічних елементів і скла­дено спеціальні таблиці чи атласи спектральних ліній, в яких приведено точне розміщення ліній спектра кожного хімічного елемента, або відповідні їм довжини хвиль. Цими таблицятяи чи атласами користуються під час прове­дення спектрального аналізу. В деяких випадках спект­ральний аналіз виконують, порівнюючи спектри досліджу­ваного матеріалу і еталонного спектра зразка з відомим вмістом хімічних елементів.

За останні десятиріччя розвинувся кількісний спект­ральний аналіз, який грунтується на тому, що від кон­центрації елемента в досліджуваній речовині залежить інтенсивність його спектральних ліній. Порівнюючи їх з інтенсивністю спектральних ліній спеціальної еталонної таблиці, можна визначити процентний вміст даного елемента в досліджуваному зразку.

? 1. Які існують види спектрів випромінювання? Як їх можна одержати? 2. Який спектр випромінює розжарений шматок заліза? розплавлене залізо? пара заліза? 3. Як можна дістати лінійчастий спектр речовини? 4. У чому перевага спектрального аналізу порівняно з хімічними методами аналізу?