KĀDS IR EMISIJAS SPEKTRS? (AR PIEMĒRIEM) - FIZISKĀ - 2025

Emisijas spektrs ir spektrs ar viļņu garumu no izstarotās gaismas atomu un molekulu, veicot pāreju starp divām enerģijas valstīm. Baltā gaisma vai redzamā gaisma, kas izstaro prizmu, sadalās dažādās krāsās ar noteiktiem katras krāsas viļņu garumiem. Iegūtais krāsu modelis ir redzamā gaismas starojuma spektrs, ko sauc par emisijas spektru.

Atomiem, molekulām un vielām ir arī emisijas spektrs, pateicoties gaismas izstarojumam, kad tie absorbē pareizo enerģijas daudzumu no ārpuses, lai pārvietotos starp diviem enerģijas stāvokļiem. Izejot šo gaismu caur prizmu, tā sadalās spektrāli krāsainās līnijās ar dažādiem viļņu garumiem, kas raksturīgi katram elementam.

Emisijas spektra nozīme ir tāda, ka tas ļauj noteikt nezināmu vielu un astronomisku objektu sastāvu, analizējot to spektrālās līnijas, izmantojot emisijas spektroskopijas paņēmienus.

Tālāk tiek skaidrots, no kā sastāv emisijas spektrs un kā tas tiek interpretēts, minēti daži piemēri un atšķirības starp emisijas spektru un absorbcijas spektru.

Kas ir emisijas spektrs?

Elementa vai vielas atomiem ir elektroni un protoni, kurus kopā tur pievilcības elektromagnētiskais spēks. Saskaņā ar Boha modeli elektroni ir izvietoti tā, lai atoma enerģija būtu pēc iespējas mazāka. Šo enerģijas enerģijas līmeni sauc par atoma pamata stāvokli.

Kad atomi iegūst enerģiju no ārpuses, elektroni virzās uz augstāku enerģijas līmeni un atoms maina savu pamata stāvokli uz ierosinātu.

Satrauktā stāvoklī elektrona uzturēšanās laiks ir ļoti īss (≈ 10–8 s) (1), atoms ir nestabils un atgriežas pamata stāvoklī, izejot caur starpposma enerģijas līmeņiem, ja tas tā ir.

1. attēls. A) Fotona izstarošana sakarā ar atoma pāreju starp ierosmes enerģijas līmeni un pamata enerģijas līmeni. b) fotonu emisija atoma pārejas dēļ starp starpposma enerģijas līmeņiem.

Pārejas procesā no ierosināta stāvokļa uz zemes stāvokli atoms izstaro gaismas fotonu ar enerģiju, kas vienāda ar enerģijas starpību starp diviem stāvokļiem, ir tieši proporcionāla frekvencei, kas redzama apgriezti proporcionāli tā viļņa garumam λ.

Izstarotais fotons tiek parādīts kā gaiša līnija, ko sauc par spektrālo līniju (2), un izstaroto fotonu kolekcijas spektrālās enerģijas sadalījums atoma pārejās ir emisijas spektrs.

Emisijas spektra interpretācija

Dažas no atoma pārejām izraisa temperatūras paaugstināšanās vai citu ārēju enerģijas avotu klātbūtne, piemēram, gaismas stars, elektronu straume vai ķīmiska reakcija.

Ja gāzi, piemēram, ūdeņradi, kamerā ievieto zemā spiedienā un caur kameru tiek izvadīta elektriskā strāva, gāze izstaros gaismu ar savu krāsu, kas to atšķir no citām gāzēm.

Izejot izstaroto gaismu caur prizmu, tā vietā, lai iegūtu gaismas varavīksni, tiek iegūtas diskrētas vienības krāsainu līniju veidā ar noteiktiem viļņu garumiem, kas nes diskrētu enerģijas daudzumu.

Emisijas spektra līnijas ir unikālas katrā elementā, un tās izmantošana no spektroskopijas tehnikas ļauj noteikt nezināmas vielas elementāro sastāvu, kā arī astronomisko objektu sastāvu, analizējot izstaroto fotonu viļņu garumus. atoma pārejas laikā.

Atšķirība starp emisijas spektru un absorbcijas spektru.

Absorbcijas un emisijas procesos atomam ir pārejas starp diviem enerģijas stāvokļiem, bet tieši absorbcijā tas iegūst enerģiju no ārpuses un sasniedz ierosmes stāvokli.

Emisijas spektrālā līnija ir pretēja nepārtrauktajam baltās gaismas spektram. Pirmajā tiek novērots spektrālais sadalījums spilgtu līniju veidā, bet otrajā - nepārtraukta krāsu josla.

Ja baltas gaismas stars nonāk gāzē, piemēram, ūdeņradī, kas ir ievietota kamerā ar zemu spiedienu, gāzi absorbē tikai daļa gaismas, bet pārējā daļa tiks pārraidīta.

Kad caurspīdīgā gaisma iziet caur prizmu, tā sadalās spektrālajās līnijās, katra ar atšķirīgu viļņa garumu, veidojot gāzes absorbcijas spektru.

Absorbcijas spektrs ir pilnīgi pretējs emisijas spektram, un tas ir raksturīgs arī katram elementam. Salīdzinot viena un tā paša elementa abus spektrus, tiek novērots, ka absorbcijas spektrā trūkst emisijas spektrālo līniju (2. attēls).

2. attēls. A) Emisijas spektrs un b) Absorbcijas spektrs (Autors: Stkl. Avots: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

Ķīmisko elementu emisijas spektru piemēri

a) Ūdeņraža atoma spektra līnijas redzamajā spektra apgabalā ir sarkanā līnija 656,3 nm, gaiši zilā 486,1 nm, tumši zilā 434 nm un ļoti vājā violetā 410 nm. Šos viļņu garumus iegūst no Balmera - Ridberga vienādojuma tā mūsdienu versijā (3).

ir spektrālās līnijas viļņa numurs

ir Ridberga konstante (109666,56 cm-1)

ir augstākais enerģijas līmenis

ir augstākais enerģijas līmenis

3. attēls. Ūdeņraža emisijas spektrs (Autors: Adrignola. Avots: commons.wikimedia.org)

b) hēlija emisijas spektrā ir divas galvenās līnijas, viena redzamajā apgabalā, otra - ultravioletā starojuma tuvumā. Pētersons (4) izmantoja Bora modeli, lai aprēķinātu hēlija emisijas līniju virkni spektra redzamajā daļā vairāku divu elektronu vienlaicīgu pāreju rezultātā stāvoklī n = 5 un iegūtu viļņa garuma vērtības. atbilst eksperimentālajiem rezultātiem. Iegūtie viļņu garumi ir 468,8 nm, 450,1 nm, 426,3 nm, 418,4 nm, 412,2 nm, 371,9 nm.

c) Nātrija emisijas spektrā ir divas ļoti spilgtas līnijas - 589 nm un 589,6 nm -, ko sauc par D līnijām (5). Pārējās līnijas ir daudz vājākas par šīm, un praktiskos nolūkos tiek uzskatīts, ka nātrija gaisma nāk no D līnijām.

Atsauces

1. Ūdeņraža atoma ierosināto stāvokļu dzīves ilguma mērīšana. VA Ankudinovs, SV Bobaševs un EP Andrejevs. 1965. gada 1. lpp., Padomju fizikas JETP, 21. sēj., 1. lpp. 26.-32.
2. Demtröder, W. Lāzera spektroskopija 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur un. Atoms, lāzers un spektroskopija. New Delhi: Phi mācīšanās, 2010. gads.
4. Bohrs pārskatīts: hēlija andespektrālo līniju paraugs. Pētersons, C. 5, 2016, Jauno izmeklētāju žurnāls, 30. sēj., 5. lpp. 32-35.
5. Ķīmiskās izglītības žurnāls. JR Applings, FJ Yonke, RA Edgington un S. Jacobs. 3, 1993, 70. sēj., 1. lpp. 250-251.