L'emissió i absorció de llum pels àtoms. L'origen d'espectres de línies

Aquest article proporciona els conceptes bàsics necessaris per a entendre la forma en l'emissió i absorció de llum pels àtoms. També es descriu l'ús d'aquests fenòmens.

Smartphone i la física

L'home que va néixer després de 1990, la seva vida sense una varietat de dispositius electrònics no pot proporcionar. El telèfon intel·ligent no només reemplaça el telèfon, sinó que també fa que sigui possible monitoritzar els tipus de canvi, per a realitzar transaccions, per trucar a un taxi i fins i tot es corresponen amb els astronautes a bord de l'Estació Espacial Internacional, a través de la seva aplicació. Respectivament, i són percebuts per tots els assistents digitals com una qüestió de rutina. L'emissió i absorció de llum pels àtoms que componen i van fer possible l'era de la reducció de tot tipus de dispositius, perquè els lectors semblar un tema avorrit en classes de física. Però aquesta branca de la física d'una gran quantitat d'interessants i emocionants.

Fonaments teòrics per a l'obertura dels espectres

Hi ha una dita: "La curiositat abans de la caiguda." Però aquesta expressió més aviat al fet que la relació equivocada és millor no interferir. Si, però, mostrar curiositat cap al món, cap mal no passarà. A la fi del segle XIX, la gent va començar a entendre la naturalesa del magnetisme (que està ben documentat en el sistema d'equacions de Maxwell). La següent pregunta, el que permetria als científics, es va convertir en l'estructura de la matèria. Cal aclarir immediatament: per a la ciència no és molt valuosa emissió i absorció de llum pels àtoms. Els espectres de línia - és una conseqüència d'aquest fenomen i la base per a l'estudi de l'estructura de la matèria.

estructura de l'àtom

Els científics de l'antiga Grècia suggereixen que el marbre es compon de diverses peces d'indivisibles "àtoms". I abans del final del segle XIX, la gent pensava que era les partícules més petites de la matèria. Però l'experiència de Rutherford sobre la dispersió de partícules pesades en la làmina d'or ha demostrat que l'àtom també té una estructura interna. nucli pesat es troba al centre de càrrega positiva i electrons negatius, lleugers giren al seu voltant.

Paradoxes d'àtoms dins de la teoria de Maxwell

Aquestes troballes han donat lloc a diverses paradoxes: d'acord amb les equacions de Maxwell, qualsevol moviment partícula carregada emet un camp electromagnètic, per tant, perd energia. Per què, llavors, els electrons no es troben en el nucli, i continuen girant? Així mateix, no estava clar per què cada àtom absorbeix o emet fotons de només una certa longitud d'ona. La teoria de Bohr va fer possible curar els defectes mitjançant la introducció dels orbitals. D'acord amb els principis d'aquesta teoria, els electrons al voltant del nucli poden ser només d'aquests orbitals. La transició entre els dos estats veïns s'acompanya, ja sigui per l'emissió o absorció d'un fotó amb una certa energia. L'emissió i absorció de llum pels àtoms és precisament a causa d'això.

longitud d'ona, freqüència, energia

Per a una visió més completa és necessari parlar una mica sobre els fotons. Aquestes són les partícules elementals que no tenen massa en repòs. Que només existeixen mentre es mou a través del medi ambient. Però el pes encara tenen: contacte amb la superfície, el transmeten un impuls que hauria estat impossible sense la massa. Només un munt d'ella es converteix en energia, fent que la substància de la qual colpegen i són absorbits, una mica més càlid. La teoria de Bohr no explica aquest fet. Les propietats del fotó i les característiques del seu comportament es descriu per la física quàntica. Per tant, el fotó - ona i partícula amb massa. Fotó, i com una ona té les següents característiques: una longitud (λ), una freqüència (ν), l'energia (E). Com més llarga sigui la longitud d'ona més baixa és la freqüència, i la més baixa és l'energia.

L'espectre d'un àtom

L'espectre atòmic es forma en diverses etapes.

1. interruptors electrònics en l'àtom amb orbital 2 (de major energia) a l'1 orbital (de baixa energia amb menys).
2. Certa quantitat d'energia s'allibera, que es forma com un quant de llum (hv).
3. Aquest fotó s'emet a l'espai circumdant.

Per tant, obtenir i àtom d'espectre de línies. Per què es diu d'aquesta manera, explica la seva forma quan els dispositius especials "captura" els fotons sortints de llum sobre un nombre fix dispositiu de registre de les línies. Per separar els fotons de longituds d'ona diferents, utilitzats per les ones fenomen de difracció amb diferents freqüències tenen diferent índex de refracció, per tant, una més desviada que l'altre.

Propietats de les substàncies i els espectres

L'espectre de línies de la substància és única per a cada tipus d'àtoms. És a dir, en l'emissió d'hidrogen donarà un conjunt de línies, i l'or - altres. Aquest fet és la base per a l'aplicació de l'espectroscòpia. Després d'haver obtingut l'espectre d'alguna cosa, un pot entendre el que està en substància, en els seus àtoms del que disposa respecte a l'altra. Aquest mètode li permet definir i diverses propietats dels materials, que sovint utilitza química i física. L'absorció i l'emissió de llum per àtoms - una de les eines més comunes per a l'estudi del món circumdant.

espectres d'emissió Inconvenients

Fins aquest punt diu més sobre com emeten els àtoms. Però en general, tots els electrons estan en orbitals en el seu estat d'equilibri, no tenen cap raó per traslladar-se a altres estats. La substància es rebutja alguna cosa, primer ha d'absorbir l'energia. Aquesta manca d'un mètode que explota l'absorció i emissió de àtom de llum. En poques paraules dir que el primer assumpte a calor o la llum, abans d'arribar l'espectre. Els assumptes no sorgiran, si un científic que estudia les estrelles, i pel que brilli a través dels seus propis processos interns. Però si vols estudiar un tros de mineral o producte alimentari, per obtenir l'espectre en realitat cal cremar. Aquest mètode no és sempre el cas.

espectres d'absorció

Emissió i absorció de llum pels àtoms com un mètode "obres" en els dos costats. Pot brillar una llum a la banda ampla de substàncies (és a dir, un en què hi ha fotons de diferents longituds d'ona), i després veure què longituds d'ona absorbeixen. No obstant això, aquest mètode és adequat no sempre, assegureu-vos que el material és transparent a la part desitjada de l'escala electromagnètica.

Anàlisi qualitativa i quantitativa

Es va fer evident que els espectres única per a cada substància. El lector pot concloure que aquesta anàlisi només s'utilitza per determinar el material de què està feta. No obstant això, la possible gamma és molt més àmplia. nombre d'àtoms en el compost es pot establir mitjançant tècniques especials d'examen amplada i el reconeixement i la intensitat de les línies resultants. D'altra banda, aquest indicador es pot expressar en unitats diferents:

• percentatge (per exemple, aquest aliatge conté 1% d'alúmina);
• en mols (dissolt en aquest 3 mol líquida de clorur de sodi);
• en grams (presents a la mostra de 0,2 g d'urani i tori 0,4 grams).

De vegades, l'anàlisi és mixt: tant qualitativa com quantitativa. Però mentre que els físics posició de les línies memoritzat, i es va avaluar la seva ombra amb l'ajuda de taules especials, però ara tot té el programa.

L'ús de l'espectre

Ja hem discutit en detall, el que l'emissió i absorció de llum pels àtoms. L'anàlisi espectral s'utilitza molt àmpliament. No hi ha àrea de l'activitat humana, es va utilitzar sense importar on estem considerant el fenomen. Aquests són alguns d'ells:

1. Al principi d'aquest article, parlem dels telèfons intel·ligents. elements semiconductors de silici s'han tornat tan petita, fins i tot a través de vidres d'investigació usant anàlisi espectral.
2. Si qualsevol incident que és la singularitat de la capa d'electrons de cada àtom determina quin tipus de bala disparada en primer lloc, per què el cotxe es va avariar marc o una grua torre, així com algunes persones enverinades enverinada i la quantitat de temps que va passar a l'aigua.
3. Medicina va utilitzar l'anàlisi espectral per a la seva avantatge més sovint en relació amb els fluids corporals, però passa que aquest mètode s'aplica als teixits.
4. galàxies distants, els núvols de gas còsmic, planetes davant de les estrelles - tot això és estudiada per la llum i la seva descomposició en els espectres. Els científics saben que la composició d'aquests objectes, la seva velocitat, i els processos que es produeixen en ells a causa del fet que poden capturar i analitzar els fotons que emeten o absorbeixen.

escala electromagnètica

Per sobre de tot, es presta atenció a la llum visible. Però en l'escala electromagnètica aquest segment és molt petita. El fet que l'ull humà no soluciona molt més amplis set colors de l'arc de Sant Martí. Pot emetre i absorbir no només els fotons visibles (λ = 380-780 nm), però altres fotons. escala electromagnètica inclou:

1. Les ones de ràdio (lambda = 100 quilòmetres) transmeten informació a través de llargues distàncies. A causa de la longitud d'ona molt gran, la seva energia és molt baix. Es absorbeixen molt fàcilment.
2. ona Terahertz (lambda = 1-0,1 mm) fins fa poc, no estaven disponibles. Anteriorment, la seva gamma inclou ones de ràdio, però ara aquest segment de l'escala electromagnètica s'assigna a una classe separada.
3. Infrarojos de transferència de calor de longitud d'ona (lambda = 0,74-2000 micròmetres). Foc, llum, sol irradia d'ells en abundància.

La llum visible es van revisar, de manera més detalls sobre aquest tema no escriuran.

longitud d'ona ultraviolada (λ = 10-400 nm) letal per a l'home en excés, però el seu desavantatge és irreversible. La nostra estrella central dóna una gran quantitat de llum ultraviolada, i l'atmosfera de la Terra conserva la major part d'ella.

Els raigs X i raigs gamma (lambda <10 nm) tenen una gamma comú, però difereixen en el seu origen. Per obtenir-les, és necessari per dispersar electrons o àtoms a velocitats molt altes. Laboratori de les persones són capaços d'això, sinó en la naturalesa d'aquest poder només es produeixen dins de les estrelles, o les col·lisions d'objectes massius. Un exemple d'aquest últim procés pot servir explosions com supernoves, l'absorció de l'estrella per un forat negre, la trobada de dues galàxies i galàxies i enormes núvols de gas.

Les ones electromagnètiques de totes les gammes, és a dir, la seva capacitat per ser emesa i absorbida per àtoms, s'utilitzen en l'activitat humana. Independentment del fet que el lector ha triat (o només als elegits) com camins de la seva vida, que sens dubte s'enfronten amb els resultats dels estudis espectrals. El venedor compta amb una moderna terminal de pagament perquè una vegada que el científic va estudiar les propietats de les substàncies i va crear un microxip. Agrària fertilitza els camps i recollir alts rendiments són ara només perquè una vegada que un geòleg descobert en un tros de mineral de fòsfor. Porta roba brillant només amb la invenció dels tints químics persistents.

Però si el lector vol connectar la seva vida amb el món de la ciència, cal estudiar molt més dels conceptes bàsics del procés d'emissió i absorció de fotons de llum en àtoms.