Det finns tre typer av emissionsspektra - linje, randig och kontinuerlig. Linjespektra observeras i de fall där enskilda atomer eller joner emitterar. De består av ett antal linjer som är karakteristiska för ett givet ämne, åtskilda av mörka utrymmen. Varje linje motsvarar en specifik våglängd, som kallas monokromatisk. Linjespektra karakteriserar fenomen som förekommer inuti en atom.
Bandade spektra emitteras av molekyler. Ett band är en serie tätt åtskilda spektrallinjer. Emissionen av randiga spektra indikerar en komplikation av molekylens energitillstånd jämfört med tillstånden för en isolerad atom, på grund av vibrations- och rotationsrörelser dess ingående kärnor.
Kontinuerliga spektra emitteras av fasta ämnen. Den kontinuerliga naturen hos dessa spektra är en konsekvens av den starka växelverkan mellan partiklarna som utgör det fasta ämnet.
Typen av linjespektrum beror på atomstrukturen hos motsvarande kemiska element, så alla kemiska grundämnen kännetecknas av strikt definierade linjespektra, som skiljer sig från varandra både i antal linjer och deras våglängder. Det enklaste linjespektrumet produceras av väteatomen, som har den enklaste strukturen. Sökandet efter förklaringar av mönstren som är inneboende i detta spektrum ledde till skapandet av den kvantmekaniska teorin om atomen.
Först och främst bör det noteras att linjerna i emissionsspektrumet för vilken atom som helst, inklusive väteatomen, inte är slumpmässigt placerade, utan kan kombineras till grupper som kallas serier. Arrangemanget av linjer i dessa serier är föremål för vissa mönster. I den synliga delen av väteatomens spektrum är detta Balmer-serien, i ultraviolett - Lyman-serien, i det nära infraröda - Paschen-serien, etc. Hittades empiriskt formeln för våglängderna l för linjer i var och en av dessa serier är:
Det kallas den generaliserade Balmer-formeln. I denna formel R = 1,097 x 107 m-1- Rydberg konstant, n Och m heltal. För en given n siffra m accepterar alla heltalsvärden från n+1. Om n=1 formel (1) beskriver Lyman-serien, n=2 Balmer-serien, n=3- Paschen-serien.
Den fysiska innebörden av denna formel följer av teorin om strukturen för väteatomen och väteliknande atomer, skapad av Bohr på grundval av Plancks kvanthypotes och den klassiska planetmodellen av Rutherford-atomen. Bohr postulerade de viktigaste bestämmelserna i den teori han utvecklade.
Det första postulatet: i en atom finns det ett antal diskreta stationära tillstånd, som motsvarar vissa värden på atomens energi: E 1, E 2, E 3,… . I ett stationärt tillstånd varken avger eller absorberar en atom energi.
Det andra postulatet: emission och absorption av energi sker under övergången från ett stationärt tillstånd till ett annat. I detta fall avges eller absorberas ett kvantum av energi hn, lika med energiskillnaden mellan två stationära tillstånd:
hn = E m - E n (2)
Var h- Planck är konstant. Uttryck (2) bestämmer frekvensen n för monokromatisk strålning som emitteras eller absorberas av en atom under övergången från tillstånd m till tillstånd n (Bohr-frekvenstillstånd).
Diskreta stationära tillstånd i Bohrs teori valdes ut med hjälp av en speciell regel för att kvantisera banor, som formulerades enligt följande: av alla banor som är möjliga enligt klassisk mekanik realiseras endast de där elektronens rörelsemängd är en multipel av värdet ( tredje postulatet):
I formel (3) m– elektronmassa; Vn- elektronhastighet per n den stationära omloppsbanan; r n- radien för denna bana; n- heltal: 1, 2, 3, ....
Efter Bohr, överväg ett atomsystem som består av en kärna med laddning Ze och en elektron med laddning - e.
På Z= 1 motsvarar ett sådant system en väteatom, med andra Z - en väteliknande atom, dvs. en atom med atomnummer Z från vilken alla utom en elektron har avlägsnats. För att förenkla beräkningarna, låt oss anta att elektronen roterar i en cirkulär bana, och kärnans massa är oändligt stor jämfört med elektronens massa, och kärnan är orörlig.
Centripetalkraften som håller elektronen i den n:te stationära omloppsbanan skapas av kraften från Coulombs attraktion till kärnan.
Härifrån: , (4)
de där. när en elektron rör sig längs sin bana rörelseenergi och potentiell energi är relaterade av relationen 2T = -U (5)
Genom att dividera ekvation (4) med ekvation (3) får vi ett uttryck för elektronens hastighet i den n:te stationära omloppsbanan
Den totala energin (E) för en elektron i den n:te stationära omloppsbanan består av kinetiska och potentiella energier och, med hänsyn till formel (5), är lika med:
Genom att ersätta värdet på hastigheten (6) i denna formel får vi följande uttryck för energierna i atomens stationära tillstånd:
När en elektron rör sig från omloppsbana m till omloppsbana n emitteras ett kvantum av energi i enlighet med formel (3)
Därav frekvensen för spektrallinjen
Inom spektroskopi används vanligtvis vågtal. Sedan
För väte (Z = 1) har formel (7) formen:
och sammanfaller med den generaliserade Balmer-formeln (1), som hittades empiriskt för vågnumren för väteatomens spektrallinjer. Av formlerna (1) och (8) följer det
Detta värde sammanfaller med det experimentellt bestämda värdet på Rydbergskonstanten.
Figur 1 visar ett diagram över energinivåerna och tre serier av spektrallinjer för väteatomen.
Övergångar från högre nivåer till nivå n = 1 motsvarar strålningen från den ultravioletta Lyman-serien (I), för vilken vi från formel (8) får:
Där m = 2, 3, 4, ...
Övergångar från högre nivåer till nivån n = 2 motsvarar strålning från den synliga Balmer-serien (II):
Där m = 3, 4, 5, ...
Övergångar från högre nivåer till nivå n = 3 motsvarar strålning från den infraröda Paschen-serien (III):
Där m = 4, 5, 6, ...
När en atom absorberar ljus rör sig elektroner från lägre nivåer till högre. I det här fallet går atomen från grundtillståndet till det exciterade.
Bohrs teori kännetecknades av inre logisk inkonsekvens, så den kunde inte bli en konsekvent fullständig teori om atomfenomen. För närvarande förklaras spektra av atomer och molekyler inom ramen för kvantmekaniken.
Tillvägagångssättet för att beskriva mikropartiklars tillstånd i kvantmekaniken är fundamentalt annorlunda än den klassiska. Det tillåter oss inte att entydigt bestämma partikelns position i rymden och dess bana, vilket görs i klassisk mekanik, eftersom dessa begrepp i mikrovärlden förlorar sin betydelse, utan förutsäger bara: med vilken sannolikhet kan denna partikel detekteras vid olika punkter i rymden. Därför är kvantmekaniken statistisk till sin natur.
Grunden för kvantmekanikens matematiska apparat är påståendet att beskrivningen av systemets tillstånd utförs av en viss funktion av koordinater och tid Y, som kännetecknar detta tillstånd. Denna funktion kallas en vågfunktion. Det är inte själva vågfunktionen som har en fysisk betydelse, utan kvadraten på dess modul, som bestämmer sannolikheten dw att detektera ett objekt (mikropartikel) i ett volymelement dV. Om Y-funktionen är normaliserad, då dw = |Y| 2 dV (9)
Låt oss ta reda på egenskaperna hos vågfunktionen. Med tanke på vad som sagts ovan om den fysiska innebörden av |Y| 2-vågsfunktion, Y ska vara:
1. final, eftersom sannolikheten kan inte vara större än en;
2. entydig;
3. kontinuerlig, eftersom sannolikheten kan inte ändras abrupt.
För att beskriva tillståndet för ett system inom kvantmekaniken är det alltså nödvändigt att känna till vågfunktionen för detta system. Den finns från Schrödinger-ekvationen, som är den grundläggande ekvationen inom icke-relativistisk kvantmekanik. Denna ekvation är inte härledd utan postuleras utifrån allmänna överväganden. Dess giltighet bevisas av sammanträffandet av de resultat som erhållits från den. teoretiska resultat med erfarna fakta. I allmänt fall Schrödinger-ekvationen har följande form:
Här m- partikelmassa, U- funktion av koordinater och tid, lika med kraftfältspotentialen tagen med motsatt tecken, i- imaginär enhet, - Laplace-operatör, .
Om kraftfältet som partikeln befinner sig i är stationärt (beror inte på tid), så är potentialen Uär inte beroende av tid och antar innebörden av den potentiella energin hos partikeln i fråga i ett yttre kraftfält. I det här fallet kan Y representeras som en produkt av två funktioner, varav den ena bara beror på koordinater och den andra bara på tiden
Här E- partikelns totala energi, som i fallet med ett stationärt fält inte förändras över tiden.
Efter att ha ersatt funktionen med detta uttryck i ekvation (10). y(x,y,z) följande ekvation erhålls:
som kallas Schrödinger-ekvationen för stationära tillstånd.
Låt oss betrakta väteatomen ur kvantmekanikens synvinkel. Låt oss ersätta värdet av den potentiella energin för en elektron i kärnfältet med den stationära Schrödinger-ekvationen:
Ekvation (11) i detta fall har formen:
Eftersom fältet för kärnan av en väteatom har sfärisk symmetri, alltså given ekvation det är tillrådligt att lösa i ett sfäriskt koordinatsystem (r, j, Q). Lösningen utförs med metoden för separation av variabler, som representerar vågfunktionen som en produkt av två funktioner, varav en endast beror på r, och den andra endast från vinkelkoordinater j, Q.
y(r,Q,j) = R(r)×Y(Q,j)
Med denna representation är sannolikheten för att en partikel har koordinatvärden i intervallet från r innan r+dr bestäms av kvadraten |rR| 2.
Att lösa Schrödinger-ekvationen (12) leder till följande huvudresultat.
1. Väteelektronen har ett diskret energispektrum. Energiegenvärdena bestäms av uttrycket:
Var n- huvudsakligt kvanttal med vilket positivt heltalsvärde som helst ( n = 1, 2, 3, ...).
2. Orbital rörelsemängd för en elektron L kan bara ta följande diskreta serier av värden:
Var l- orbitalt (azimutalt) kvanttal. Det kan ta vilket värde som helst från följande: l= 0, 1, 2, 3, ..., (n-1) - endast n värden. Skick med l= 0 brukar kallas s - tillstånd, med l = 1 – R- skick, c l= 2 – d-tillstånd, med l = 3 – f- skick osv.
3. Banans rörelsemängd kan orienteras relativt en fysiskt vald riktning i rymden (z) endast på ett sådant sätt att dess projektion på denna riktning är en multipel av , därför
m- kallat magnetiskt kvanttal. Det kan ha följande värden:
m=0, ±1, ±2, … , ± l– totalt (2 l+ 1) värden.
Således bestäms tillståndet för en elektron i en väteatom av tre kvanttal - de viktigaste n, som bestämmer statens energi E n; azimutal l, som karakteriserar elektronens rörelsemängd L, och magnetiska m, som bestämmer orienteringen L i förhållande till den valda riktningen i rymden. Stater beskrivs av sina egna vågfunktioner Yn, l, m som är lösningar till Schrödinger-ekvationen (18).
Schrödinger-ekvationen är icke-relativistisk. Att ta hänsyn till relativistiska effekter (Dirac-ekvationen) leder till existensen av elektronens egen rörelsemängd - spin, bestämt av kvanttalet s, lika med 1/2:
Projiceringen av spinnet i den valda riktningen z kan ta 2s + 1= 2 olika värden:
var är kvanttalet för elektronspinprojektionen. Med tanke på spinn kännetecknas tillståndet för en elektron i en atom av fyra kvanttal: till kvanttal n, l, m spin quantum number bör läggas till Fröken.
Observera den diskretheten fysiska kvantiteter, karakteristiskt för fenomenen i atomvärlden, inom kvantmekaniken följer naturligtvis av lösningen av Schrödinger (Dirac) ekvation, medan den i Bohrs teori var tvungen att införas med hjälp av ytterligare villkor av väsentligen icke-klassisk natur.
1 alternativ
1. Vilken typ av strålning (termisk eller självlysande) tillhör glöden:
1. glödhet metallgjutning; 2. Lysrör.
3. stjärnor; 4. lite djuphavsfisk.
A. 1, 3 – termisk, 2, 4 – självlysande; B. 1, 2, 3, 4 – endast termisk;
V. 1, 2, 3, 4 och termiska och självlysande; D. 1, 4 – termisk, 2, 3 – självlysande.
2. Glöd fasta ämnen, orsakad av bombardement av deras elektroner, kallas:
A. elektroluminescens B. katodoluminescens C. termisk glöd
D. kemiluminescens D. fotoluminescens
3. Kroppar som består av exciterade molekyler som inte interagerar med varandra avger
4. Vilka kroppar kännetecknas av randiga absorptions- och emissionsspektra?
B. För någon av ovanstående kroppar D. För uppvärmda atomgaser
D. För försålda molekylära gaser
5. Kontinuerliga (fasta) spektra ges av lokaliserade kroppar
A. endast i fast tillstånd vid mycket höga temperaturer;
B. i ett gasformigt molekylärt tillstånd där molekylerna är obundna eller svagt bundna
tillsammans;
V. i ett gasformigt atomärt tillstånd där atomer praktiskt taget inte interagerar
tillsammans;
G. i fast eller flytande tillstånd, samt högt komprimerade gaser
6. Ett ämne i gasformigt atomärt tillstånd ger:
A. kontinuerligt spektrum av strålning B. linjespektrum av strålning
B. randigt emissionsspektrum D. kontinuerligt absorptionsspektrum
D. randigt absorptionsspektrum
7. Spektralanalys låter dig bestämma:
A. ämnets kemiska sammansättning; B. kroppsrörelsens hastighet; B. kroppsvolym;
G. kroppsvikt; D. kroppstemperatur; E. lufttryck.
8 . Figuren visar fotografier av absorptionsspektra av Na, H, Ca och en okänd gas. Förbi
Utifrån spektra kan man konstatera att den okända gasen innehåller en märkbar mängd
A. natrium (Na), väte (H), kalcium (Ca); B. väte (H) och kalcium (Ca);
B. natrium (Na) och väte (H); G. natrium (Na) och kalcium (Ca
Fysik 11 Test ”Typer av strålning. Spectra"
Alternativ 2
1. Strålning, där energin som förloras av atomer för att avge ljus kompenseras av energi
termisk rörelse av atomer (eller molekyler) i en utstrålande kropp kallas:
A. elektroluminescens B. fotoluminescens C. termisk strålning
D. katodoluminescens D. kemiluminescens
2. Elektroluminescens är strålning som produceras av energi
A. elektroner som bombarderar ytan av ett utstrålande fast ämne;
B. elektriskt fält, som kommuniceras till elektroner som kolliderar med atomer
utstrålande kropp;
B. elektromagnetiska vågor som absorberas av den utstrålande kroppens atomer;
G. frigörs under den elektriska interaktionen av joner i en strålande kropp
3. Exciterade atomer av mycket förtärnade gaser och omättade ångor, inte
interagerar med varandra, avger spektra:
A. randig; B. fast; V. styrde.
4. Fasta ämnen som består av exciterade, konstant interagerande molekyler och joner.
avger spektra:
A. randig; B. fast; V. styrde.
5. Vilka kroppar kännetecknas av linjeabsorption och emissionsspektra?
A. För uppvärmda fasta ämnen B. För uppvärmda vätskor
B. För försålda molekylära gaser D. För uppvärmda atomgaser
D. För någon av ovanstående organ
6. Ett ämne i gasformigt tillstånd, om gasen består av molekyler som är svagt bundna till varandra, ger:
A. linjärt absorptionsspektrum B. kontinuerligt emissionsspektrum
B. randigt emissionsspektrum D. linjeemissionsspektrum
D. kontinuerligt absorptionsspektrum
7. Spektralanalys är
A. Metod för att bestämma typen av strålning (termisk, luminescerande, etc.) efter typen av spektrum;
B. Metod för att bestämma den kemiska sammansättningen av ett ämne utifrån dess spektrum.
B. analys av egenskaperna hos ett prisma eller ett diffraktionsgitter;
D. definition aggregationstillståndämnen enligt deras spektrum
8. Figuren visar fotografier av emissionsspektra för H, He, Sr och en okänd gas. Efter utseende
spektra kan man konstatera att den okända gasen innehåller en märkbar mängd
A. väte (H) och helium (He); B. väte (H), strontium (Sr) och helium (He);
B. strontium (Sr) och väte (H); G. strontium (Sr) och helium (He)
Del A. Välj det rätta svaret:
A) Lysrör
B) TV-skärm
B) Infraröd laser
D) Glödlampa
A) För uppvärmda fasta ämnen
B) För uppvärmda vätskor
A) För uppvärmda fasta ämnen
B) För uppvärmda vätskor
D) För uppvärmda atomgaser
Del B. För varje
A) Kontinuerligt spektrum
B) Linjespektrum
B) Bandspektrum
D) Absorptionsspektra
Fysik 11 Test "Typer av strålning och spektra"
Del A. Välj det rätta svaret:
A1. Vilken kropps strålning är termisk?
A) Lysrör
B) TV-skärm
B) Infraröd laser
D) Glödlampa
A2. Vilka kroppar kännetecknas av randiga absorptions- och emissionsspektra?
A) För uppvärmda fasta ämnen
B) För uppvärmda vätskor
B) För något av ovanstående organ
D) För uppvärmda atomgaser
D) För försålda molekylära gaser
A3. Vilka kroppar kännetecknas av linjeabsorption och emissionsspektra?
A) För uppvärmda fasta ämnen
B) För uppvärmda vätskor
B) För försålda molekylära gaser
D) För uppvärmda atomgaser
D) För något av ovanstående organ
Del B. För varje egenskaper välj lämplig spektrumtyp
- Spektra erhålls genom att skicka ljus från en källa som producerar ett kontinuerligt spektrum genom ett ämne vars atomer är i ett oexciterat tillstånd
- Består av individuella linjer av olika eller samma färg, med olika placeringar
- Stråla uppvärmda fasta ämnen och flytande ämnen, gaser uppvärmda under högt tryck.
- Ge ämnen som är i molekylärt tillstånd
- Avges av gaser och lågdensitetsångor i atomärt tillstånd
- Innefattar stort antal tätt åtskilda linjer
- Samma för olika ämnen, därför kan de inte användas för att bestämma sammansättningen av ett ämne
- Detta är en uppsättning frekvenser som absorberas av ett givet ämne. Ämnet absorberar de linjer i spektrumet som det avger, eftersom det är en ljuskälla
- Dessa är spektra som innehåller alla våglängder av ett visst område.
- Låter dig bedöma ljuskällans kemiska sammansättning genom spektrallinjer
A) Kontinuerligt spektrum
Alternativ 1
Fysik. Testa "Typer av strålning och spektra"
A) Lysrör B) TV-skärm
A) För uppvärmda fasta ämnen B) För uppvärmda vätskor
A) Kontinuerligt spektrum
B) Linjespektrum
B) Bandspektrum
D) Absorptionsspektra
Alternativ 2
Fysiktest "Typer av strålning och spektra"
Del A. Välj rätt svar:
A1. Vilken kropps strålning är termisk?
A) Lysrör B) TV-skärm
C) Infraröd laser D) Glödlampa
A2. Vilka kroppar kännetecknas av randiga absorptions- och emissionsspektra?
A) För uppvärmda fasta ämnen B) För uppvärmda vätskor
C) För någon av ovanstående kroppar D) För uppvärmda atomgaser
D) För försålda molekylära gaser
A3. Vilka kroppar kännetecknas av linjeabsorption och emissionsspektra?
A) För uppvärmda fasta ämnen B) För uppvärmda vätskor
C) För försålda molekylära gaser D) För upphettade atomgaser
D) För något av ovanstående organ
Del B. Välj lämplig typ av spektrum för varje egenskap
Spektra erhålls genom att skicka ljus från en källa som producerar ett kontinuerligt spektrum genom ett ämne vars atomer är i ett oexciterat tillstånd
Består av individuella linjer av olika eller samma färg, med olika placeringar
De avger uppvärmda fasta och flytande ämnen, gaser som värms upp under högt tryck.
Ge ämnen som är i molekylärt tillstånd
Avges av gaser och lågdensitetsångor i atomärt tillstånd
Består av ett stort antal täta linjer
De är lika för olika ämnen, så de kan inte användas för att bestämma sammansättningen av ett ämne
Detta är en uppsättning frekvenser som absorberas av ett givet ämne. Ämnet absorberar de linjer i spektrumet som det avger, eftersom det är en ljuskälla
Dessa är spektra som innehåller alla våglängder av ett visst område.
Låter dig bedöma ljuskällans kemiska sammansättning genom spektrallinjer
A) Kontinuerligt spektrum
B) Linjespektrum
B) Bandspektrum
D) Absorptionsspektra
Detta är en uppsättning frekvenser som absorberas av ett givet ämne. Ett ämne absorberar de linjer i spektrumet som det avger, eftersom det är en ljuskälla. Absorptionsspektra erhålls genom att låta ljus passera från en källa som producerar ett kontinuerligt spektrum genom ett ämne vars atomer är i ett oexciterat tillstånd
Collection.edu.ru/dlrstore/9da42253-f b6-b37f-a7c9379ae49f/9_123.swf collection.edu.ru/dlrstore/9da42253-f b6-b37f-a7c9379ae49f/9_123.swf collection.edu.ru/dlrstore/9da42253-f b6-b37f-a7c9379ae49f/9_123d.store/9_12cd - 17e bed-8a5c19e34f0f/9_121.swf collection.edu.ru/dlrstore/9276d80c-17e bed-8a5c19e34f0f/9_121.swf Opera -
Att rikta ett mycket stort teleskop mot en kort meteorblixt på himlen är nästan omöjligt. Men den 12 maj 2002 hade astronomerna tur - en ljus meteor flög av misstag precis där den smala slitsen på spektrografen vid Paranal-observatoriet var riktad. Vid denna tidpunkt undersökte spektrografen ljuset.
Metod för att bestämma kvalitet och kvantitativ sammansättning Analysen av ett ämne genom dess spektrum kallas spektralanalys. Spektralanalys används i stor utsträckning vid mineralprospektering för att bestämma den kemiska sammansättningen av malmprover. Det används för att kontrollera sammansättningen av legeringar inom den metallurgiska industrin. På grundval av den bestämdes den kemiska sammansättningen av stjärnor etc.
I ett spektroskop riktas ljus från källan 1 som studeras till slitsen 2 på röret 3, kallat kollimatorröret. Spalten avger en smal ljusstråle. I den andra änden av kollimatorröret finns en lins som omvandlar den divergerande ljusstrålen till en parallell. En parallell ljusstråle som kommer ut från kollimatorröret faller på kanten av glasprisma 4. Eftersom ljusets brytningsindex i glas beror på våglängden, sönderdelas därför en parallell ljusstråle, bestående av vågor av olika längd, till parallella ljusstrålar av olika färger, färdas i olika riktningar. Teleskoplinsen 5 fokuserar var och en av de parallella strålarna och producerar en bild av slitsen i varje färg. Flerfärgade bilder av slitsen bildar ett flerfärgat bandspektrum.
Collection.edu.ru/dlrstore/aaf2f40a-ba0d-425a- bd b13b87/9_158.swf collection.edu.ru/dlrstore/aaf2f40a-ba0d-425a- bd b13b87/9_158.swf
Spektrumet kan observeras genom ett okular som används som förstoringsglas. Om du behöver ta ett fotografi av ett spektrum, placeras fotografisk film eller en fotografisk platta på den plats där den faktiska bilden av spektrumet erhålls. En anordning för att fotografera spektra kallas en spektrograf.
Den nya NIFS-spektrografen förbereder sig för att skickas till Gemini North-observatoriet (foto från au hemsida)
Endast kväve (N) och kalium (K) endast magnesium (Mg) och kväve (N) kväve (N), magnesium (Mg) och andra okända ämnen magnesium (Mg), kalium (K) och kväve (N) Figuren visar absorptionsspektrum för en okänd gas och absorptionsspektrum för ångor av kända metaller. Baserat på analysen av spektra kan man konstatera att den okända gasen innehåller atomer A B C D
VÄTE (H), HELIUM (HE) OCH NATRIUM (NA) ENDAST NATRIUM (NA) OCH VÄTE (H) ENDAST NATRIUM (NA) OCH HELIUM (INTE) ENDAST VÄTE (H) OCH HELIUM (INTE) Figuren visar absorptionsspektrumet av de okända gaserna och absorptionsspektra för atomer av kända gaser. Baserat på analysen av spektra kan man konstatera att den okända gasen innehåller atomer: A B C D
