Випромінювання та поглинання світла атомами. Атомні і молекулярні спектри. Рентгенівське випромінювання. Спектральний аналіз та його застосування.

Повторимо матеріал який ми вивчали на попередніх уроках

Виконаємо тест для повторення натиснувши тут  або перейшовши за посиланням join.naurok.ua. Код доступу 867315.

«Дві речі сповнюють душу завжди новим і все сильнішим здивуванням і благоговінням, чим частіше і триваліше ми розмірковуємо про них, — це зоряне небо наді мною і  моральний закон у мені», — писав німецький філософ Іммануїл Кант (1724–1804). Утім світло, яке випромінюють зорі, — це не лише дивовижна краса: воно несе до нас інформацію про температуру і склад зір, про їх рух і процеси, що в них відбуваються. Слід лише навчитися зчитувати цю інформацію. Дізнаємось, які знання про будову атома допомогли «дотягнутися» до зір.

Сьогодні ми вивчаємо тему "Випромінювання та поглинання світла атомами. Атомні і молекулярні спектри. Рентгенівське випромінювання. Спектральний аналіз та його застосування."

Відкриваємо підручник §  37 

Переглянемо відео та законспектуємо головне

IІІ. ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1.     Лінійчасті спектри випромінювання

Численні дослідження довели, що внаслідок нагрівання до високої температури пари будь-якої хімічної речовини випромінюють світло, вузький пучок якого призма розкладає на кілька пучків.

Лінійчасті спектри – оптичні спектри випущення й поглинання, що складаються з окремих спектральних ліній.

Лінійчастий спектр випускання будь-якого конкретного хімічного елемента не збігається зі спектром випускання інших хімічних елементів.

Зворотнім явищем є випадок пропускання білого світла через пару речовини, спостерігається виникнення темних ліній на тлі суцільного спектра. Розміщені вони точно в тих місцях, де б повинні були світлі лінії спектра випускання цього хімічного елемента. Такий спектр називають лінійчастим спектром поглинання.

2.     Атомні та молекулярні спектри

Спектри молекулярних газів відрізняються від атомних спектрів і виглядають як система смуг із численних і дуже близьких одна до одної ліній. Така спектральна картина пояснюється двома причинами: коливаннями атомів усередині молекули та обертанням молекули.

Електронні та коливальні рівні енергії молекули розбиваються на множину обертальних підрівнів. Кількість можливих переходів різко збільшується, що на практиці зумовлює виникнення величезної кількості ліній спектра, які зливаються в широкі смуги.

3.     Рентгенівське випромінювання

Відкриття особливого проникного випромінювання німецький фізик: Вільгельм Конрад Рентген здійснив 8 листопада 1895 р. Рентгенівське випромінювання виникає внаслідок взаємодії швидких електронів з атомами катода в рентгенівській трубці.

Якщо енергія електронів достатньо значна, то може відбуватися вивільнення електронів із внутрішніх оболонок атомів із великим порядковим номером. «Повернення» електронів супроводжуватимуться випусканням дискретного спектра рентгенівського випромінювання, подібного до спектра у видимому діапазоні. Це випромінювання називають характеристичним рентгенівським випромінюванням. Крім того, у рентгенівській трубці відбувається гальмування швидких заряджених частинок під час їхньої взаємодії з електричними полями атомних ядер – гальмівне рентгенівське випромінювання.

Значний внесок у дослідження рентгенівського випромінювання зробив видатний учений українського походження Іван Павлович Пулюй.

4.     Спектральний аналіз та його застосування. Спектрометр

Вивчення атомних і молекулярних спектрів випромінювання і поглинання покладено в основу спеціального методу дослідження складу і будови речовини — спектрального аналізу. Він грунтується на кількісних і якісних методах дослідження спектрів електромагнітного випромінювання речовин, які спостерігають за допомогою спеціальних приладів — спектрографів і спектрометрів.

Принцип дії цих приладів грунтується на їх здатності виокремлювати в просторі і часі з усього світлового потоку певні ділянки випромінювання. їх можна фіксувати фотографічним способом або вимірювати різні їхні характеристики — зміну світлового потоку, довжину хвилі спектральної лінії тощо.

Метод визначення в тілах якісного складу і кількісного вмісту речовини за її спектром називають спектральним аналізом.

За допомогою атомного спектрального аналізу визначають елементний склад зразка, зіставляючи його спектр зі спектральними лініями хімічних елементів, що наводяться у спеціальних таблицях і атласах. Для одержання спектра випромінювання досліджувану речовину потрібно перевести в газоподібний стан і активізувати, тобто перевести її атоми у збуджений стан. Найпростіше це можна зробити за допомогою нагрівання досліджуваного зразка, наприклад помістити його в полум'я.

Кожен хімічний елемент має власний набір спектральнихліній, притаманний лише йому одному. Для одержання спектра випромінювання атоми речовини слід перевести у збуджений стан, наприклад нагріти тіло до високої температури. За високих температур атоми переходять у збуджений стан Е₂, E₃, Е₄, Е₅, в якому можуть перебувати недовго (рис. 3). З часом вони повертаються у свій основний, стабільний стан E_1.

Кожний хімічний елемент має свій, властивий лише йому набір спектральних ліній — атомний спектр. За лініями атомного спектра речовини за допомогою спеціальних таблиць, в яких наведено серії довжин хвиль спектрів випромінювання різних речовин, визначають хімічний склад зразка.

У гірничодобувній промисловості за допомогою спектрального аналізу визначають хімічний склад зразків корисних копалин.

Спектр молекули є її однозначною характеристикою, за якою ідентифікують речовини. Кількісний вміст речовини визначається за інтенсивністю випромінювання смугастого спектра. Зокрема, застосування сучасних фотоелектричних приладів сумісно з обчислювальною технікою дає змогу визначати склад речовин за досить малих їх мас — до 1 мкг і менше. Тому цей метод знайшов широке застосування в науці і техніці. Зокрема, у металургійному виробництві за його допомогою контролюють вміст домішок у сплавах, щоб отримувати матеріали із заданими властивостями.

Застосування спектрального аналізу в астрофізиці дає змогу визначати хімічний склад і рух небесних тіл, які знаходяться далеко за межами нашої галактики.

Домашнє завдання 

Опрацювати § 37.

Вправа 37