KOKS YRA EMISIJOS SPEKTRAS? (SU PAVYZDŽIAIS) - FIZINIS - 2025

Emisijos spektras yra bangos ilgio šviesą, kurią atomų ir molekulių, kai priėmimo perėjimą tarp dviejų energijos spektro narių. Balta arba matoma šviesa, sklindanti per prizmę, suskaidoma į skirtingas spalvas ir kiekvienos spalvos bangas. Gautas spalvų modelis yra matomas šviesos spinduliuotės spektras, vadinamas emisijos spektru.

Atomai, molekulės ir medžiagos taip pat turi spinduliuotės spektrą, atsirandantį dėl šviesos sklidimo, kai jie sugeria reikiamą energijos kiekį iš išorės, kad galėtų pereiti iš dviejų energijos būsenų. Praleidžiant šią šviesą per prizmę, ji suskaidoma į spektrines spalvotas linijas, turinčias skirtingą kiekvienam elementui būdingą bangos ilgį.

Emisijos spektro svarba yra ta, kad jis leidžia nustatyti nežinomų medžiagų ir astronominių objektų sudėtį, analizuojant jų spektrines linijas, naudojant emisijos spektroskopijos metodus.

Toliau paaiškinama, iš ko susideda išmetamųjų teršalų spektras ir kaip jis aiškinamas, paminėti keli pavyzdžiai ir skirtumai tarp išmetamųjų teršalų spektro ir sugerties spektro.

Kas yra emisijos spektras?

Elemento ar medžiagos atomai turi elektronus ir protonus, kuriuos palaiko elektromagnetinė traukos jėga. Pagal Bohro modelį elektronai yra išdėstyti taip, kad atomo energija būtų kuo mažesnė. Šis energetinis energijos lygis vadinamas atomo pagrindine būsena.

Kai atomai įgyja energiją iš išorės, elektronai juda link aukštesnio energijos lygio ir atomas keičia savo pagrindinę būseną į sužadintą būseną.

Sužadintoje būsenoje elektronų buvimo laikas yra labai trumpas (≈ 10–8 s) (1), atomas yra nestabilus ir grįžta į pagrindinę būseną, pereidamas tarpinius energijos lygius, jei taip yra.

1 pav. A) Fotono emisija dėl atomo perėjimo tarp sužadinimo energijos lygio ir pagrindinio energijos lygio. b) fotonų emisija dėl atomo perėjimo tarp tarpinių energijos lygių.

Pereinant iš sužadintos būsenos į pagrindinę būseną, atomas skleidžia šviesos fotoną, kurio energija yra lygi energijos skirtumui tarp dviejų būsenų, tiesiogiai proporcinga dažniui, matytam atvirkščiai, proporcingam jo bangos ilgiui λ.

Skleidžiamas fotonas rodomas kaip šviesi linija, vadinama spektrine linija (2), o išmetamų fotonų kolekcijos spektro energijos pasiskirstymas atomo perėjimuose yra emisijos spektras.

Išmetamųjų teršalų spektro aiškinimas

Kai kuriuos atomo pokyčius lemia pakilusi temperatūra arba kiti išoriniai energijos šaltiniai, tokie kaip šviesos spindulys, elektronų srautas ar cheminė reakcija.

Jei dujos, tokios kaip vandenilis, į kamerą dedamos žemo slėgio ir per kamerą praleidžiama elektros srovė, dujos spinduliuos savo spalva, išskiriančia jas iš kitų dujų.

Praleidžiant skleidžiamą šviesą per prizmę, o ne gaunant šviesos vaivorykštę, gaunami atskiri vienetai spalvotų linijų, turinčių tam tikrus bangų ilgius, pavidalo, turinčių diskretinį energijos kiekį.

Emisijos spektro linijos yra unikalios kiekviename elemente ir jų panaudojimas spektroskopijos metodu leidžia nustatyti nežinomos medžiagos elementinę sudėtį, taip pat astronominių objektų sudėtį, analizuojant skleidžiamų fotonų bangos ilgį. atomo perėjimo metu.

Skirtumas tarp emisijos spektro ir absorbcijos spektro.

Sugerties ir emisijos procesuose atomas pereina iš vienos energijos būsenos į kitą, tačiau absorbcijos metu jis gauna energiją iš išorės ir pasiekia sužadinimo būseną.

Spektrinė spinduliuotės linija yra priešinga ištisiniam baltosios šviesos spektrui. Pirmajame spektrinis pasiskirstymas stebimas ryškių linijų pavidalu, o antrame - ištisinė spalvų juosta.

Jei baltos šviesos pluoštas patenka į dujas, tokias kaip vandenilis, uždarytas kameroje esant mažam slėgiui, dujas sugers tik dalis šviesos, o likusi dalis bus perduota.

Kai praleidžiama šviesa praeina per prizmę, ji suskaidoma į spektrines linijas, kurių kiekviena turi skirtingą bangos ilgį, ir sudaro dujų absorbcijos spektrą.

Sugerties spektras yra visiškai priešingas emisijos spektrui, jis taip pat būdingas kiekvienam elementui. Palyginus abu to paties elemento spektrus, pastebima, kad absorbcijos spektre trūksta emisijos spektrinių linijų (2 paveikslas).

2 pav. A) Išmetamųjų teršalų spektras ir b) Sugerties spektras (Autorius: Stkl. Šaltinis: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

Cheminių elementų emisijos spektrų pavyzdžiai

a) Vandenilio atomo spektrinės linijos matomoje spektro srityje yra raudona 656,3 nm linija, šviesiai mėlyna 486,1 nm, tamsiai mėlyna 434 nm ir labai silpna violetinė 410 nm. Šie bangos ilgiai gaunami iš Balmerio - Rydbergo lygties naujausia jos versija (3).

yra spektrinės linijos bangos skaičius

yra Rydbergo konstanta (109666,56 cm-1)

yra aukščiausias energijos lygis

yra aukščiausias energijos lygis

3 pav. Vandenilio išmetimo spektras (Autorius: Adrignola. Šaltinis: commons.wikimedia.org)

b) helio emisijos spektre yra dvi pagrindinės linijos, viena matomoje srityje, o kita - šalia ultravioletinių spindulių. Petersonas (4), naudodamas Bohro modelį, apskaičiavo helio emisijos linijų skaičių matomoje spektro dalyje dėl kelių vienu metu vykstančių dviejų elektronų perėjimų į n = 5 būseną ir gautas bangos ilgio reikšmes. atitinka eksperimentinius rezultatus. Gauti bangos ilgiai yra 468,8 nm, 450,1 nm, 426,3 nm, 418,4 nm, 412,2 nm, 371,9 nm.

c) Natrio emisijos spektras turi dvi labai ryškias linijas - 589 nm ir 589,6 nm -, vadinamas D linijomis (5). Kitos linijos yra daug silpnesnės už šias, ir praktiniais tikslais manoma, kad visa natrio šviesa sklinda iš D linijų.

Nuorodos

1. Vandenilio atomo sužadintų būsenų gyvenimo trukmės matavimas. VA Ankudinov, SV Bobashev ir EP Andrejevas. 1, 1965 m., Sovietų fizikos JETP, 21 tomas, p. 26-32.
2. Demtröder, W. Lazerio spektroskopija 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur ir. Atomas, lazeris ir spektroskopija. Naujasis Delis: „Phi“ mokymasis, 2010 m.
4. Bohr Revisited: Modelinės andespektrinės helio linijos. Petersonas, C. 5, 2016 m., Jaunųjų tyrėjų žurnalas, 30 tomas, p. 32-35.
5. Cheminio švietimo žurnalas. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington ir S. Jacobs. 3, 1993, tomas 70, p. 250-251.