Линейчатые спектры
Если пропустить солнечный свет через стеклянную призму или дифракционную решётку, то возникнет хорошо известный вам непрерывный спектр (рис. 1 )(Изображения на рис. 1 , 2 и 3 взяты с сайта www.nanospectrum.ru):
Рис. 1. Непрерывный спектр
Спектр называется непрерывным потому, что в нём присутствуют все длины волн видимого диапазона — от красной границы до фиолетовой. Мы наблюдаем непрерывный спектр в виде сплошной полосы, состоящей из разных цветов.
Непрерывным спектром обладает не только солнечный свет, но и, например, свет электрической лампочки. Вообще, оказывается, что любые твёрдые и жидкие тела (а также весьма плотные газы), нагретые до высокой температуры, дают излучение с непрерывным спектром.
Ситуация качественно меняется, когда мы наблюдаем свечение разреженных газов. Спектр перестаёт быть непрерывным: в нём появляются разрывы, увеличивающиеся по мере разрежения газа. В предельном случае чрезвычайно разреженного атомарного газа спектр становится линейчатым — состоящим из отдельных достаточно тонких линий.
Мы рассмотрим два типа линейчатых спектров: спектр испускания и спектр поглощения.
Спектр испускания
Предположим, что газ состоит из атомов некоторого химического элемента и разрежен настолько, что атомы почти не взаимодействуют друг с другом. Раскладывая в спектр излучение такого газа (нагретого до достаточно высокой температуры), мы увидим примерно следующую картину (рис. 2 ):
Рис. 2. Линейчатый спектр испускания
Этот линейчатый спектр, образованный тонкими изолированными разноцветными линиями, называется спектром испускания.
Любой атомарный разреженный газ излучает свет с линейчатым спектром. Более того, для каждого химического элемента спектр испускания оказывается уникальным, играя роль «удостоверения личности» этого элемента. По набору линий спектра испускания можно однозначно сказать, с каким химическим элементом мы имеем дело.
Поскольку газ разрежен и атомы мало взаимодействуют друг с другом, мы можем заключить, что свет излучают атомы сами по себе. Таким образом, атом характеризуется дискретным, строго определённым набором длин волн излучаемого света. У каждого химического элемента, как мы уже сказали, этот набор свой.
Спектр поглощения
Атомы излучают свет, переходя из возбуждённого состояния в основное. Но вещество может не только излучать, но и поглощать свет. Атом, поглощая свет, совершает обратный процесс — переходит из основного состояния в возбуждённое.
Снова рассмотрим разреженный атомарный газ, но на сей раз в холодном состоянии (при достаточно низкой температуре). Свечения газа мы не увидим; не будучи нагретым, газ не излучает — атомов в возбуждённом состоянии оказывается для этого слишком мало.
Если сквозь наш холодный газ пропустить свет с непрерывным спектром, то можно увидеть что-то вроде этого (рис. 3 ):
Рис. 3. Линейчатый спектр поглощения
На фоне непрерывного спектра падающего света появляются тёмные линии, которые образуют так называемый спектр поглощения. Откуда берутся эти линии?
Под действием падающего света атомы газа переходят в возбуждённое состояние. При этом оказывается, что для возбуждения атомов годятся не любые длины волн, а лишь некоторые, строго определённые для данного сорта газа. Вот именно эти длины волн газ и «забирает себе» из проходящего света.
Более того, газ изымает из непрерывного спектра ровно те самые длины волн, которые излучает сам! Тёмные линии в спектре поглощения газа в точности соответствуют ярким линиям его спектра испускания. На рис. 4 сопоставлены спектры испускания и поглощения разреженных паров натрия (изображение с сайта www.nt.ntnu.no):
Рис. 4. Спектры поглощения и испускания для натрия
Впечатляющее совпадение линий, не правда ли?
Глядя на спектры испускания и поглощения, физики XIX века пришли к выводу, что атом не является неделимой частицей и обладает некоторой внутренней структурой. В самом деле, что-то ведь внутри атома должно обеспечивать механизм излучения и поглощения света!
Кроме того, уникальность атомных спектров говорит о том, что этот механизм различен у атомов разных химических элементов; стало быть, атомы разных химических элементов должны отличаться по своему внутреннему устройству.
Строению атома будет посвящён следующий листок.
Спектральный анализ
Использование линейчатых спектров в качестве уникальных «паспортов» химических элементов лежит в основе спектрального анализа — метода исследования химического состава вещества по его спектру.
Идея спектрального анализа проста: спектр излучения исследуемого вещества сопоставляется с эталонными спектрами химических элементов, после чего делается вывод о присутствии или отсутствии того или иного химического элемента в данном веществе. При определённых условиях методом спектрального анализа можно определить химический состав не только качественно, но и количественно.
В результате наблюдения различных спектров были открыты новые химические элементы.
Первыми из таких элементов были цезий и рубидий; они получили название по цвету линий своего спектра (В спектре цезия наиболее выражены две линии небесно-синего цвета, по-латыни называемого caesius. Рубидий же даёт две характерные линии рубинового цвета).
В 1868 году в спектре Солнца были обнаружены линии, не соответствующие ни одному из известных химических элементов. Новый элемент был назван гелием (от греческого гелиос — солнце). Впоследствии гелий был обнаружен в атмосфере Земли.
Вообще, спектральный анализ излучения Солнца и звёзд показал, что все входящие в их состав входят элементы имеются и на Земле. Таким образом, оказалось, что все объекты Вселенной собраны из одного и того же «набора кирпичиков».
Как получают и наблюдают линейчатые спектры поглощения?
В 19:39 поступил вопрос в раздел ЕГЭ (школьный), который вызвал затруднения у обучающегося.
Вопрос вызвавший трудности
Ответ подготовленный экспертами Учись.Ru
Для того чтобы дать полноценный ответ, был привлечен специалист, который хорошо разбирается требуемой тематике «ЕГЭ (школьный)». Ваш вопрос звучал следующим образом: Как получают и наблюдают линейчатые спектры поглощения?
После проведенного совещания с другими специалистами нашего сервиса, мы склонны полагать, что правильный ответ на заданный вами вопрос будет звучать следующим образом:
ответ к заданию по физике 
НЕСКОЛЬКО СЛОВ ОБ АВТОРЕ ЭТОГО ОТВЕТА:
Работы, которые я готовлю для студентов, преподаватели всегда оценивают на отлично. Я занимаюсь написанием студенческих работ уже более 4-х лет. За это время, мне еще ни разу не возвращали выполненную работу на доработку! Если вы желаете заказать у меня помощь оставьте заявку на этом сайте. Ознакомиться с отзывами моих клиентов можно на этой странице.
Силина Тала Мироновна — автор студенческих работ, заработанная сумма за прошлый месяц 86 400 рублей. Её работа началась с того, что она просто откликнулась на эту вакансию
ПОМОГАЕМ УЧИТЬСЯ НА ОТЛИЧНО!
Выполняем ученические работы любой сложности на заказ. Гарантируем низкие цены и высокое качество.
Деятельность компании в цифрах:
Зачтено оказывает услуги помощи студентам с 1999 года. За все время деятельности мы выполнили более 400 тысяч работ. Написанные нами работы все были успешно защищены и сданы. К настоящему моменту наши офисы работают в 40 городах.
Ответы на вопросы — в этот раздел попадают вопросы, которые задают нам посетители нашего сайта. Рубрику ведут эксперты различных научных отраслей.
Полезные статьи — раздел наполняется студенческой информацией, которая может помочь в сдаче экзаменов и сессий, а так же при написании различных учебных работ.
Красивые высказывания — цитаты, афоризмы, статусы для социальных сетей. Мы собрали полный сборник высказываний всех народов мира и отсортировали его по соответствующим рубрикам. Вы можете свободно поделиться любой цитатой с нашего сайта в социальных сетях без предварительного уведомления администрации.
Площадка Учись.Ru разработана специально для студентов и школьников. Здесь можно найти ответы на вопросы по гуманитарным, техническим, естественным, общественным, прикладным и прочим наукам. Если же ответ не удается найти, то можно задать свой вопрос экспертам. С нами сотрудничают преподаватели школ, колледжей, университетов, которые с радостью помогут вам. Помощь студентам и школьникам оказывается круглосуточно. С Учись.Ru обучение станет в несколько раз проще, так как здесь можно не только получить ответ на свой вопрос, но расширить свои знания изучая ответы экспертов по различным направлениям науки.
Основные сведения о линейчатых спектрах — поглощение, испускание атомов
Происхождение линейчатых спектров поглощения и испускания атомов
Состояние светящегося объекта разделяет спектры испускания на три отличающихся друг от друга типа.
Линейчатый спектр — это спектр, состоящий из отделенных друг от друга темными широкими промежутками резко очерченных цветных линий.
Спектр становится линейчатым в предельном случае атомарного разреженного газа. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество способно излучать волны только определенной длины, каждая из линий которой имеет конечную ширину.
Происхождение линейчатых спектров объясняется переходом электронов из одного стационарного состояния в другое. Если свет от нагретого газа пропустить через призму, то на экране будут четко видны последовательно расположенные спектральные цветные полосы.
Линейчатый спектр бывает двух видов:
- спектр испускания;
- спектр поглощения.
Линейчатый спектр испускания состоит из разноцветных тонких изолированных линий, которые соответствуют длинам волн света, излучаемыми атомами. Свет с линейным спектром излучает любой атомарный разреженный газ. При этом спектр испускания света является уникальным для любого химического элемента. Таким образом спектр испускания является идентификатором, позволяющим установить химический элемент.
Линейчатый спектр поглощения представляет собой темные линии на фоне непрерывного спектра, которые соответствуют длинам световых волн при поглощении их атомами и последующем излучении при нагревании.
Газовые атомы приходят в возбужденное состояние под действием падающего света. Однако возбудить атомы способны волны только той длины, которая строго определена для этого газа. Именно их поглощает газ из падающего на него света.
Для изучения химического анализа веществ по спектрам разработан метод спектрального анализа. Используются спектральные приборы, позволяющие разделять волны разной длины, не перекрывая отдельные участки спектра. Исследования выявили закон обратного спектра, гласящий, что атомы могут поглощать свет только тех частот, которые они сами способны излучать.
Основные положения теории кратко
Основные положения изучения и применения линейчатых спектров сформировал на основе планетарной модели атома в 1913 году Нильс Бор, кратко они выражены в двух постулатах.
Постулат стационарных состояний
Согласно ему атомная система способна находится в особых стационарных состояниях, при этом каждому состоянию соответствует определенная энергия, а атом в этом состоянии не поглощает, но и не излучает энергии.
Правило частот
Квант энергии излучается или поглощается при переходе атома из одного стационарного состояния в другое.
Причины возникновения линейчатых спектров испускания атомов
Линейчатые спектры способны испускаться только светящимися атомами. Таким образом, они характерны для не очень плотных паров или газов, состоящих из отдельных атомов, или инертных — аргон, неон, гелий и др. Способны при возбуждении распадаться на атомы газы, состоящие из молекул, — кислород, водород, пар йода и др.
Причиной возникновения линейчатого спектра испускания может стать нагревание или электрический разряд. При повышении давления спектральные линии начнут расширяться, постепенно переходя из линейчатого спектра в сплошной спектр.
Если внести в пламя газовой горелки кусочек поваренной соли, то пламя станет желтого цвета. При этом в спектре станут видны две расположенные близко друг к другу полосы желтого цвета, типичные для паров натрия.