L'emissione e l'assorbimento della luce da atomi. L'origine della linea di spettri

Questo articolo fornisce i concetti di base necessarie per comprendere come l'emissione e l'assorbimento della luce da atomi. V'è anche descritto l'uso di questi fenomeni.

Smartphone e fisica

L'uomo che è nato dopo il 1990, la sua vita senza una varietà di dispositivi elettronici non può fornire. Il cellulare non solo sostituisce il telefono, ma consente anche di monitorare i cambi, per trattare, per chiamare un taxi e anche corrispondere ai astronauti a bordo della ISS, attraverso la loro applicazione. Rispettivamente, e sono percepiti da tutti gli assistenti digitali come una questione di corso. L'emissione e l'assorbimento della luce da atomi che compongono e hanno reso possibile l'era di ridurre tutti i tipi di dispositivi, così i lettori potranno sembrare un argomento noioso in lezioni di fisica. Ma questa branca della fisica molto interessante ed emozionante.

Background teorico per l'apertura degli spettri

C'è un detto: "La curiosità prima di una caduta." Ma questa espressione piuttosto al fatto che la relazione sbagliata è meglio non interferire. Se, tuttavia, mostrano curiosità verso il mondo, nulla di male non accadrà. Alla fine del XIX secolo, la gente ha cominciato a capire la natura del magnetismo (che è ben documentato nel sistema di equazioni di Maxwell). La domanda successiva, che permetterebbe gli scienziati, è diventata la struttura della materia. È necessario precisare subito: per la scienza non è molto importante emissione e l'assorbimento della luce da atomi. Linea spettri – è una conseguenza di questo fenomeno e la base per lo studio della struttura della materia.

struttura dell'atomo

Gli scienziati in Grecia suggeriscono che il marmo è composto da diversi pezzi di indivisibili "atomi". E prima della fine del XIX secolo, la gente pensava che fosse le più piccole particelle di materia. Ma l'esperienza di Rutherford sulla dispersione di particelle pesanti sulla lamina d'oro ha dimostrato che l'atomo ha anche una struttura interna. nucleo pesante è al centro e caricati positivamente, leggeri elettroni negativi ruotano intorno a lui.

Paradossi di atomi all'interno della teoria di Maxwell

Questi risultati hanno dato luogo a diversi paradossi: secondo le equazioni di Maxwell, qualsiasi particella carica in movimento emette un campo elettromagnetico, pertanto, perde energia. Perché, allora, gli elettroni non rientrano nel nucleo, e continuano a ruotare? Non è chiaro perché ogni atomo assorbe o emette fotoni di solo una certa lunghezza d'onda. La teoria di Bohr ha permesso di curare i difetti inserendo orbitali. Secondo i principi di questa teoria, gli elettroni intorno al nucleo possono essere solo su questi orbitali. La transizione tra i due stati confinanti è accompagnata dal emissione o l'assorbimento di un fotone con una certa energia. L'emissione e l'assorbimento della luce da atomi è proprio per questo.

lunghezza d'onda, frequenza, energia

Per un quadro più completo è necessario parlare un po 'di fotoni. Si tratta di particelle elementari che non hanno massa a riposo. Essi esistono solo fino a quando si muove attraverso l'ambiente. Ma il peso hanno ancora: che colpisce la superficie, che trasmettono un impulso che sarebbe stato impossibile senza la massa. Solo un sacco di esso viene convertita in energia, rendendo la sostanza di cui hanno colpito e sono assorbiti, un po 'più caldo. La teoria di Bohr non spiega questo fatto. Le proprietà del fotone e le caratteristiche del suo comportamento è descritto dalla fisica quantistica. Così, il fotone – sia d'onda e particella di massa. Photon, e come un'onda ha le seguenti caratteristiche: una lunghezza (λ), una frequenza (ν), energia (E). Più lunga è la lunghezza d'onda più bassa è la frequenza, e minore è l'energia.

Lo spettro di un atomo

Lo spettro atomico è formata in più fasi.

1. interruttori elettronici nell'atomo con orbitale 2 (di energia superiore) sulla orbitale 1 (con bassa energia meno).
2. Certa quantità di energia viene rilasciata, che è formato come un quanto di luce (hn).
3. Questo fotone viene emesso nello spazio circostante.

Così ottenuto e lo spettro linea atomo. Perché si chiama in questo modo, spiega la sua forma quando i dispositivi speciali "catturare" i fotoni in uscita di luce su un numero fisso dispositivo di registrazione delle linee. Per separare fotoni di diverse lunghezze d'onda utilizzati da onde fenomeno di diffrazione con frequenze differenti hanno indice di rifrazione differente, quindi, uno più deviato rispetto agli altri.

Proprietà delle sostanze e spettri

Lo spettro linea della sostanza è unico per ogni tipo di atomi. Cioè, l'emissione di idrogeno darà un insieme di linee, e oro – altri. Questo fatto è la base per l'applicazione della spettroscopia. Ottenuto il nulla spettro, si può comprendere ciò che è in sostanza, nei suoi atomi disposti uno rispetto all'altro. Questo metodo consente di definire e varie proprietà dei materiali, che spesso utilizza la chimica e la fisica. L'assorbimento e di emissione di luce da atomi – uno degli strumenti più comuni per lo studio del mondo circostante.

spettri di emissione inconvenienti

Fino a questo punto dice di più su come gli atomi emettono. Ma solitamente, tutti gli elettroni sono orbitali nel suo stato di equilibrio, non hanno alcun motivo per passare ad altri stati. La sostanza è qualcosa respinto, deve prima assorbire l'energia. Questa mancanza di un metodo che sfrutta l'assorbimento e l'emissione di luce atomo. Brevemente dire che la materia prima al calore o alla luce, prima di arrivare lo spettro. Problemi non sorgeranno, se uno scienziato a studiare le stelle, e così brillare attraverso i propri processi interni. Ma se si vuole studiare un pezzo di minerale o di un prodotto alimentare, per ottenere lo spettro in realtà è necessario bruciare. Questo metodo non è sempre il caso.

spettri di assorbimento

Emissione e l'assorbimento della luce da atomi come metodo "funziona" nei due lati. È possibile luce su banda larga sostanza (cioè quella in cui ci sono fotoni di diverse lunghezze d'onda), e quindi vedere che assorbono lunghezze d'onda. Ma questo metodo è adatto non sempre, assicurarsi che il materiale è trasparente alla parte desiderata della scala elettromagnetico.

analisi qualitativa e quantitativa

E 'diventato chiaro che gli spettri unico per ogni sostanza. Il lettore può concludere che tale analisi viene utilizzato solo per determinare il materiale di cui è fatto. Tuttavia, la gamma possibile è molto più ampia. numero di atomi nel composto può essere impostato utilizzando tecniche speciali esame larghezza e il riconoscimento e l'intensità delle linee risultanti. Inoltre, questo indicatore può essere espresso in unità diverse:

• percentuale (per esempio, questa lega contiene 1% di allumina);
• in moli (disciolti in questo liquido 3 moli di cloruro di sodio);
• in grammi (presenti nel campione di 0,2 g di uranio e torio 0,4 grammi).

A volte l'analisi è mista: sia qualitativa che quantitativa. Ma mentre i fisici posizione delle linee memorizzato, e valutata la loro ombra, con l'aiuto dei tavoli speciali, ma ora è tutto rende il programma.

L'uso dello spettro

Abbiamo già discusso in dettaglio, quali l'emissione e l'assorbimento della luce da atomi. analisi spettrale è usato molto ampiamente. Non v'è nessuna area dell'attività umana, non importa dove stiamo considerando il fenomeno è stato utilizzato. Qui ci sono alcuni di loro:

1. All'inizio di questo articolo, abbiamo parlato di smartphone. elementi silicio semiconduttore sono diventate così piccolo, anche attraverso i cristalli di ricerca utilizzando l'analisi spettrale.
2. Se un incidente è l'unicità del guscio elettronico di ciascun atomo determina il tipo di proiettile sparato per primo, perché l'auto si è rotta quadro o gru a torre, così come alcune persone veleno avvelenato e quanto tempo ha trascorso in acqua.
3. Medicina utilizzato analisi spettrale a loro vantaggio più spesso rispetto ai fluidi corporei, ma succede che questo metodo viene applicato ai tessuti.
4. galassie lontane, nubi di gas cosmici, pianeti davanti alle stelle – tutto questo è studiato dalla luce e la sua decomposizione in spettri. Scienziati conoscono la composizione di questi oggetti, la loro velocità, ei processi che si verificano in loro a causa del fatto che essi possono catturare e analizzare i fotoni che emettono o assorbire.

scala elettromagnetica

Più di tutto, facciamo attenzione alla luce visibile. Ma sulla scala elettromagnetica questo segmento è molto piccolo. Il fatto che l'occhio umano non risolve molto più ampi sette colori dell'arcobaleno. Può emettere e assorbire non solo fotoni visibili (λ = 380-780 nm), ma altri fotoni. scala elettromagnetica comprende:

1. Le onde radio (l = 100 chilometri) trasmettono informazioni su lunghe distanze. A causa della grande lunghezza d'onda, la loro energia è molto bassa. Sono molto facilmente assorbiti.
2. onda terahertz (À = 1-0,1 millimetri) fino a poco tempo, non erano facilmente disponibili. In precedenza, la gamma comprende onde radio, ma ora questo segmento della scala elettromagnetico è allocato in una classe separata.
3. Lunghezza d'onda infrarossa (À = 0,74-2000 micrometri) di trasferimento di calore. Fuoco, luce, sole li emettono in abbondanza.

La luce visibile abbiamo esaminato, in modo da ulteriori dettagli su di esso non scriveranno.

lunghezza d'onda ultraviolette (λ = 10-400 nm) letale per l'uomo in eccesso, ma il loro svantaggio è irreversibile. La nostra stella centrale dà un sacco di luce ultravioletta, e l'atmosfera della Terra mantiene la maggior parte di esso.

Raggi X e raggi gamma (lambda <10 nm) hanno una gamma comune, ma differiscono in origine. Per ottenerli, è necessario disperdere elettroni o atomi a velocità molto elevate. Laboratorio di persone sono in grado di farlo, ma nella natura di tale potere si verificano solo all'interno delle stelle, o le collisioni di oggetti massicci. Un esempio di quest'ultimo processo può servire come esplosioni di supernova, l'assorbimento della stella da un buco nero, l'incontro di due galassie e le galassie e massicce nubi di gas.

onde elettromagnetiche di tutte le gamme, cioè la loro capacità di essere emessa e assorbita da atomi, vengono utilizzati in attività umane. Indipendentemente dal fatto che il lettore ha scelto (o solo ad eletti) come percorsi della sua vita, di certo tu con i risultati degli studi spettrali. Il venditore gode di un terminale di pagamento moderno perché una volta che lo scienziato ha studiato le proprietà delle sostanze e ha creato un microchip. Agraria fertilizza i campi e raccogliere alti rendimenti sono ora solo perché una volta che un geologo ha scoperto in un pezzo di minerale di fosforo. Indossa abiti luminosi soltanto con l'invenzione di coloranti chimici persistenti.

Ma se il lettore vuole collegare la sua vita con il mondo della scienza, devi studiare molto di più che i concetti di base del processo di emissione e di assorbimento dei fotoni di luce in atomi.