Emisi dan penyerapan cahaya oleh atom. Asal usul spektrum garis

Artikel ini memberikan konsep-konsep dasar yang diperlukan untuk memahami bagaimana emisi dan penyerapan cahaya oleh atom. Ada juga dijelaskan penggunaan fenomena ini.

Smartphone dan fisika

Pria yang lahir setelah tahun 1990, hidupnya tanpa berbagai perangkat elektronik tidak dapat menyediakan. smartphone tidak hanya menggantikan telepon, tetapi juga memungkinkan untuk memantau nilai tukar, untuk bertransaksi, untuk memanggil taksi dan bahkan sesuai dengan astronot di papan ISS, melalui aplikasi mereka. Masing-masing, dan dirasakan oleh semua orang asisten digital sebagai hal yang biasa. Emisi dan penyerapan cahaya oleh atom yang membuat dan dimungkinkan era mengurangi semua jenis perangkat, sehingga pembaca akan tampak topik yang membosankan dalam pelajaran fisika. Tapi ini cabang fisika banyak menarik dan menyenangkan.

latar belakang teoritis untuk pembukaan spektrum

Ada pepatah: "Rasa ingin tahu sebelum jatuh" Tapi ungkapan ini lebih kepada fakta bahwa hubungan yang salah lebih baik tidak ikut campur. Jika, bagaimanapun, menunjukkan rasa ingin tahu terhadap dunia, tidak ada yang salah tidak akan terjadi. Pada akhir abad kesembilan belas, orang-orang mulai memahami sifat magnet (yang didokumentasikan dalam sistem persamaan Maxwell). Pertanyaan berikutnya, yang akan memungkinkan para ilmuwan, menjadi struktur materi. Hal ini diperlukan untuk segera mengklarifikasi: untuk ilmu pengetahuan tidak emisi yang sangat berharga dan penyerapan cahaya oleh atom. Baris spektrum - adalah konsekuensi dari fenomena ini dan dasar untuk studi struktur materi.

struktur atom

Para ilmuwan di Yunani kuno menunjukkan bahwa marmer yang terdiri dari beberapa potong terpisahkan "atom." Dan sebelum akhir abad kesembilan belas, orang mengira itu adalah partikel terkecil dari materi. Tapi pengalaman Rutherford pada penyebaran partikel berat pada foil emas telah menunjukkan bahwa atom juga memiliki struktur batin. nukleus berat di pusat dan bermuatan positif, elektron negatif ringan berputar di sekelilingnya.

Paradoks atom dalam teori Maxwell

Temuan ini telah memunculkan beberapa paradoks: menurut persamaan Maxwell, setiap partikel bermuatan bergerak memancarkan medan elektromagnetik, oleh karena itu, kehilangan energi. Mengapa, kemudian, elektron tidak jatuh ke inti, dan terus berputar? Itu juga tidak jelas mengapa setiap atom menyerap atau memancarkan foton dari panjang gelombang tertentu saja. Teori Bohr memungkinkan untuk menyembuhkan cacat dengan memasukkan orbital. Menurut ajaran teori ini, elektron di sekitar inti mungkin hanya pada orbital tersebut. Transisi antara dua negara tetangga disertai baik oleh emisi atau penyerapan foton dengan energi tertentu. Emisi dan penyerapan cahaya oleh atom justru karena ini.

panjang gelombang, frekuensi, energi

Untuk gambaran yang lebih lengkap Anda perlu berbicara sedikit tentang foton. Ini adalah partikel dasar yang tidak memiliki massa diam. Mereka hanya ada selama bergerak melalui lingkungan. Tapi berat masih memiliki: mencolok permukaan, mereka mengirimkan itu impuls yang tidak mungkin tanpa massa. Hanya banyak itu diubah menjadi energi, membuat substansi yang mereka memukul dan mereka diserap, sedikit lebih hangat. teori Bohr tidak menjelaskan fakta ini. Sifat-sifat foton dan fitur dari perilakunya digambarkan oleh fisika kuantum. Jadi, foton - baik gelombang dan partikel dengan massa. Foton, dan seperti gelombang memiliki karakteristik sebagai berikut: panjang (λ), frekuensi (ν), energi (E). Semakin lama panjang gelombang yang lebih rendah frekuensi, dan rendah energi.

Spektrum atom

Spektrum atom terbentuk dalam beberapa tahap.

1. switch elektronik di atom dengan orbital 2 (energi yang lebih tinggi) pada orbital 1 (dengan energi rendah kurang).
2. sejumlah energi dilepaskan, yang dibentuk sebagai kuantum cahaya (hν).
3. foton ini dipancarkan ke ruang sekitarnya.

Oleh karena itu diperoleh dan atom spektrum garis. Mengapa disebut seperti itu, menjelaskan wujudnya ketika perangkat khusus "menangkap" foton keluar cahaya pada perangkat rekaman sejumlah tetap baris. Untuk memisahkan foton dari panjang gelombang yang berbeda, yang digunakan oleh gelombang fenomena difraksi dengan frekuensi yang berbeda memiliki indeks bias yang berbeda, oleh karena itu, satu lagi dibelokkan dari yang lain.

Sifat-sifat zat dan spektrum

Garis spektrum zat yang unik untuk setiap jenis atom. Artinya, dalam emisi hidrogen akan memberikan satu set garis, dan emas - lain. Fakta ini merupakan dasar untuk aplikasi spektroskopi. Setelah memperoleh spektrum apapun, seseorang dapat memahami apa yang ada dalam substansi, dalam atom yang diatur relatif satu sama lain. Metode ini memungkinkan Anda untuk menentukan dan berbagai sifat-sifat bahan, yang sering menggunakan kimia dan fisika. Penyerapan dan emisi cahaya oleh atom - salah satu alat yang paling umum untuk studi dunia sekitarnya.

spektrum emisi kelemahan

Sampai titik ini mengatakan lebih lanjut tentang bagaimana atom memancarkan. Tapi biasanya, semua elektron di orbital dalam keadaan keseimbangannya, mereka tidak punya alasan untuk pindah ke negara-negara lain. Substansi adalah sesuatu yang ditolak, pertama kali harus menyerap energi. Kurangnya metode yang memanfaatkan penyerapan dan emisi atom ringan. Secara singkat mengatakan bahwa hal pertama yang panas atau cahaya, sebelum kita mendapatkan spektrum. Masalah tidak akan muncul, jika seorang ilmuwan mempelajari bintang, dan sehingga mereka bersinar melalui proses internal mereka sendiri. Tetapi jika Anda ingin mempelajari sepotong bijih atau produk makanan, untuk memperoleh spektrum itu sebenarnya diperlukan untuk membakar. Metode ini tidak selalu terjadi.

spektrum serapan

Emisi dan penyerapan cahaya oleh atom sebagai metode "bekerja" di kedua belah pihak. Anda dapat menyinari broadband substansi (yaitu, satu di mana ada foton dari panjang gelombang yang berbeda), dan kemudian melihat apa gelombang panjang menyerap. Tapi metode ini cocok tidak selalu, pastikan bahwa bahan transparan ke bagian yang diinginkan dari skala elektromagnetik.

analisis kualitatif dan kuantitatif

Menjadi jelas bahwa spektrum yang unik untuk masing-masing zat. Pembaca dapat menyimpulkan bahwa analisis ini hanya digunakan untuk menentukan bahan dari mana itu dibuat. Namun, berbagai kemungkinan jauh lebih luas. jumlah atom dalam senyawa dapat diatur dengan menggunakan teknik khusus pemeriksaan lebar dan pengakuan dan intensitas garis yang dihasilkan. Selain itu, indikator ini dapat dinyatakan dalam satuan yang berbeda:

• persentase (misalnya, paduan ini berisi 1% alumina);
• di mol (dilarutkan dalam 3 mol cairan natrium klorida);
• dalam gram (hadir dalam sampel 0,2 g uranium dan thorium 0,4 gram).

Kadang-kadang analisis adalah campuran: kualitatif dan kuantitatif. Tapi sementara fisikawan posisi garis hafal, dan dievaluasi naungan mereka dengan bantuan tabel khusus, tapi sekarang semua itu membuat program.

Penggunaan spektrum

Kita telah dibahas secara rinci, apa emisi dan penyerapan cahaya oleh atom. Analisis spektral digunakan sangat luas. Tidak ada bidang kegiatan manusia, tidak peduli di mana kami sedang mempertimbangkan fenomena ini digunakan. Berikut adalah beberapa dari mereka:

1. Pada awal artikel ini, kita berbicara tentang smartphone. elemen silikon semikonduktor telah menjadi begitu kecil, termasuk melalui kristal penelitian dengan menggunakan analisa spektral.
2. Jika insiden apapun itu keunikan kulit elektron dari setiap atom menentukan apa jenis peluru yang ditembakkan pertama, mengapa mobil mogok kerangka kerja atau tower crane, serta beberapa racun meracuni orang dan berapa banyak waktu ia menghabiskan di dalam air.
3. Obat-obatan yang digunakan analisis spektral untuk keuntungan mereka paling sering dalam kaitannya dengan cairan tubuh, tapi itu terjadi bahwa metode ini diterapkan pada jaringan.
4. galaksi jauh, awan gas kosmik, planet-planet di depan bintang - semua ini dipelajari oleh cahaya dan dekomposisi ke dalam spektrum. Para ilmuwan mengetahui komposisi benda-benda, kecepatan mereka, dan proses yang terjadi di dalamnya karena fakta bahwa mereka dapat menangkap dan menganalisa foton mereka memancarkan atau menyerap.

skala elektromagnetik

Kebanyakan dari semua, kita memperhatikan cahaya tampak. Tapi di skala elektromagnetik segmen ini sangat kecil. Fakta bahwa mata manusia tidak memperbaiki yang lebih luas tujuh warna pelangi. Dapat memancarkan dan menyerap tidak hanya foton terlihat (λ = 380-780 nm), tetapi foton lainnya. skala elektromagnetik meliputi:

1. gelombang radio (λ = 100 kilometer) mengirimkan informasi jarak jauh. Karena panjang gelombang yang sangat besar, energi mereka sangat rendah. Mereka sangat mudah diserap.
2. gelombang Terahertz (λ = 1-0,1 milimeter) sampai saat ini, tidak tersedia. Sebelumnya, jangkauan mereka termasuk gelombang radio, tapi sekarang segmen ini dari skala elektromagnetik dialokasikan dalam kelas terpisah.
3. Inframerah Panjang gelombang (λ = 0,74-2000 mikrometer) perpindahan panas. Api, cahaya, matahari memancarkan mereka dalam kelimpahan.

cahaya tampak yang kami pelajari, sehingga rincian lebih lanjut tentang hal itu tidak akan menulis.

Ultraviolet panjang gelombang (λ = 10-400 nm) mematikan bagi manusia secara berlebihan, tetapi merugikan mereka tidak dapat diubah. bintang pusat kami memberikan banyak cahaya ultraviolet, dan atmosfer Bumi mempertahankan sebagian besar.

-Sinar X dan sinar gamma (λ <10 nm) memiliki rentang umum, tetapi berbeda dalam asal. Untuk mendapatkan mereka, perlu untuk membubarkan elektron atau atom untuk kecepatan yang sangat tinggi. Laboratorium orang mampu itu, tetapi dalam sifat kekuasaan tersebut hanya terjadi di dalam bintang, atau tabrakan benda masif. Contoh dari proses terakhir dapat berfungsi ledakan sebagai supernova, penyerapan bintang oleh lubang hitam, pertemuan dua galaksi dan galaksi dan awan besar gas.

gelombang elektromagnetik dari semua rentang, yaitu kemampuan mereka untuk dipancarkan dan diserap oleh atom, yang digunakan dalam aktivitas manusia. Terlepas dari kenyataan bahwa pembaca telah memilih (atau hanya untuk orang-orang pilihan) sebagai jalur hidupnya, dia pasti langsung dengan hasil studi spektral. Penjual menikmati terminal pembayaran modern karena sekali ilmuwan mempelajari sifat-sifat zat dan menciptakan microchip. Agraria menyuburkan ladang dan mengumpulkan hasil yang tinggi sekarang hanya karena sekali seorang ahli geologi ditemukan di sepotong bijih fosfor. Dia memakai pakaian yang cerah hanya dengan penemuan pewarna kimia persisten.

Tetapi jika pembaca ingin menyambung hidupnya dengan dunia ilmu pengetahuan, Anda harus belajar lebih banyak dari konsep-konsep dasar dari proses emisi dan penyerapan foton cahaya dalam atom.