L'émission et l'absorption de la lumière par les atomes. L'origine des spectres de ligne

Cet article fournit les concepts de base nécessaires pour comprendre comment l'émission et l'absorption de la lumière par des atomes. Il est également décrit l'utilisation de ces phénomènes.

Smartphone et la physique

L'homme qui est né après 1990, sa vie sans une variété de dispositifs électroniques ne peut pas fournir. Le smartphone remplace non seulement le téléphone, mais permet également de surveiller les taux de change, d'effectuer des transactions, appeler un taxi et correspondent même avec les astronautes à bord de l'ISS, par leur application. Respectivement, et sont perçus par tous les assistants numériques comme une question de cours. L'émission et l'absorption de la lumière par des atomes qui font et ont rendu possible l'ère de la réduction de tous les types d'appareils, de sorte que les lecteurs semblent un sujet ennuyeux dans les cours de physique. Mais cette branche de la physique beaucoup intéressant et passionnant.

Contexte théorique pour l'ouverture des spectres

Il y a un dicton: « La curiosité avant une chute. » Mais cette expression plutôt au fait que la relation erronée est préférable de ne pas interférer. Si, cependant, montrent la curiosité envers le monde, rien de mal ne se produira pas. A la fin du XIXe siècle, les gens ont commencé à comprendre la nature du magnétisme (qui est bien documenté dans le système des équations de Maxwell). La question suivante, qui permettra aux scientifiques, est devenue la structure de la matière. Il est nécessaire de préciser immédiatement: la science ne sont pas des émissions très précieux et absorption de la lumière par des atomes. Les spectres de ligne – est une conséquence de ce phénomène et la base de l'étude de la structure de la matière.

structure de l'atome

Les scientifiques de la Grèce antique suggèrent que le marbre est composé de plusieurs pièces de indivisible « atomes ». Et avant la fin du XIXe siècle, les gens pensaient que ce sont les plus petites particules de matière. Mais l'expérience de Rutherford sur la dispersion des particules lourdes sur la feuille d'or a montré que l'atome a également une structure interne. noyau lourd est au centre et chargés positivement, les électrons négatifs légers tournent autour de lui.

Paradoxes des atomes dans la théorie de Maxwell

Ces résultats ont donné lieu à plusieurs paradoxes: selon les équations de Maxwell, une particule chargée en mouvement émet un champ électromagnétique, donc, perd de l'énergie. Pourquoi, alors, les électrons ne tombent pas dans le noyau, et continuent de tourner? Il était également pas clair pourquoi chaque atome absorbe ou émet des photons d'une certaine longueur d'onde seulement. La théorie de Bohr a permis de guérir les défauts en entrant orbitals. Selon les principes de cette théorie, les électrons autour du noyau peut être que sur ces orbitales. La transition entre les deux états voisins est accompagné soit par l'émission ou l'absorption d'un photon avec une certaine énergie. L'émission et l'absorption de la lumière par des atomes est justement pour cette raison.

longueur d'onde, la fréquence, l'énergie

Pour une image plus complète dont vous avez besoin de parler un peu de photons. Ce sont des particules élémentaires qui n'ont pas la masse au repos. Ils existent aussi longtemps que le déplacement dans l'environnement. Mais le poids ont encore: frappant la surface, ils transmettent une impulsion qui aurait été impossible sans la masse. Juste beaucoup de celui-ci est convertie en énergie, ce qui rend la substance dont ils ont frappé et ils sont absorbés, un peu plus chaud. La théorie de Bohr n'explique pas ce fait. Les propriétés du photon et les caractéristiques de son comportement est décrit par la physique quantique. Ainsi, le photon – à la fois vague et particule de masse. Photon, et comme une onde présente les caractéristiques suivantes: une longueur (λ), une fréquence (ν), l'énergie (E). Plus la longueur d'onde de la fréquence la plus faible et la plus faible de l'énergie.

Le spectre d'un atome

Le spectre atomique est formé en plusieurs étapes.

1. Les interrupteurs électroniques à l'atome d'orbite 2 (de plus haute énergie) sur l'une orbital (avec une faible énergie de moins).
2. Certaine quantité d'énergie est libérée, qui est formé comme un quantum de lumière (hv).
3. Ce photon est émis dans l'espace environnant.

Ainsi, on a obtenu et un atome de spectre de raies. Pourquoi est-il appelé de cette façon, explique sa forme lorsque des dispositifs spéciaux « de capture » les photons sortant de la lumière sur un nombre fixe de dispositif d'enregistrement des lignes. Pour séparer les photons de longueurs d'onde différentes, utilisés par les ondes de phénomène de diffraction avec des fréquences différentes ont différents indices de réfraction, par conséquent, une plus dévié que l'autre.

Les propriétés des substances et des spectres

Le spectre de raies de la substance est unique pour chaque type d'atomes. Autrement dit, dans l'émission d'hydrogène donnera un ensemble de lignes et de l'or – autre. Ce fait est la base de l'application de la spectroscopie. Après avoir obtenu quoi que ce soit du spectre, on peut comprendre ce qui est en substance, dans ses atomes disposés par rapport à l'autre. Cette méthode vous permet de définir et diverses propriétés des matériaux, qui utilise souvent la chimie et la physique. L'absorption et l'émission de lumière par des atomes – l'un des outils les plus courants pour l'étude du monde qui l'entoure.

Les inconvénients des spectres d'émission

Jusqu'à ce point dit plus sur la façon dont les atomes émettent. Mais en général, tous les électrons sont dans l'état orbitals d'équilibre, ils ont aucune raison de passer à d'autres Etats. La substance est quelque chose rejetée, il faut d'abord absorber l'énergie. Cette absence d'un procédé qui exploite l'absorption et l'émission de lumière atome. dire brièvement que la matière première à la chaleur ou la lumière, avant que nous obtenions le spectre. Les questions ne se poseront pas, si un scientifique qui étudie les étoiles, et ils brillent par leurs propres processus internes. Mais si vous voulez étudier un morceau de minerai ou d'un produit alimentaire, pour obtenir le spectre, il est effectivement nécessaire de brûler. Cette méthode est pas toujours le cas.

Les spectres d'absorption

Émission et d'absorption de la lumière par les atomes en tant que méthode « marche » dans les deux parties. Vous pouvez faire briller une lumière sur le haut débit de substance (c.-à-un dans lequel il y a des photons de longueurs d'onde différentes), puis voir ce que les longueurs d'onde absorbent. Mais cette méthode convient pas toujours, être sûr que le matériau est transparent à la partie désirée de l'échelle électromagnétique.

analyse qualitative et quantitative

Il est devenu clair que les spectres propres à chaque substance. Le lecteur peut conclure que cette analyse est utilisé pour déterminer le matériau dont il est fait. Cependant, la gamme est beaucoup plus large possible. nombre d'atomes dans l'enceinte peut être réglé en utilisant des techniques spéciales examen largeur et de la reconnaissance et de l'intensité des lignes résultantes. De plus, cet indicateur peut être exprimé dans différentes unités:

• pourcentage (par exemple, cet alliage contient 1% d'alumine);
• en moles (dissous dans ce liquide 3 moles de chlorure de sodium);
• en grammes (présents dans l'échantillon de 0,2 g d'uranium et de thorium 0,4 g).

Parfois, l'analyse est mixte: qualitative et quantitative. Mais alors que les physiciens en mémoire la position des lignes, et évalué leur ombre avec l'aide des tables spéciales, mais maintenant tout fait le programme.

L'utilisation du spectre

Nous avons déjà discuté en détail, ce que l'émission et l'absorption de la lumière par des atomes. L'analyse spectrale est très largement utilisée. Il n'y a pas de zone d'activité humaine, peu importe où nous envisageons le phénomène a été utilisé. Voici quelques-uns d'entre eux:

1. Au début de cet article, nous avons parlé de smartphones. éléments semi-conducteurs de silicium sont devenus tellement petite, notamment au moyen de cristaux de recherche en utilisant une analyse spectrale.
2. Si un incident est l'unicité de la couche électronique de chaque atome détermine quel type de balle a tiré le premier, pourquoi la voiture est en panne cadre ou d'une grue à tour, ainsi que certaines personnes de poison empoisonné et combien de temps il a passé dans l'eau.
3. Médicament utilisé l'analyse spectrale à leur avantage le plus souvent par rapport aux fluides corporels, mais il arrive que cette méthode est appliquée aux tissus.
4. galaxies lointaines, les nuages de gaz cosmiques, des planètes devant les étoiles – tout cela est étudié par la lumière et sa décomposition en spectres. Les scientifiques savent la composition de ces objets, leur vitesse, et les processus qui se produisent en eux en raison du fait qu'ils peuvent capturer et analyser les photons qu'ils émettent ou absorbent.

échelle électromagnétique

La plupart de tous, nous portons une attention à la lumière visible. Mais à l'échelle électromagnétique ce segment est très faible. Le fait que l'œil humain ne fixe pas beaucoup plus larges sept couleurs de l'arc en ciel. Peut émettre et absorber non seulement les photons visibles (λ = 380-780 nm), mais d'autres photons. échelle électromagnétique comprend:

1. Les ondes radio (X = 100 kilomètres) transmettent des informations sur de longues distances. En raison de la longueur d'onde très grande, leur énergie est très faible. Ils sont très facilement absorbés.
2. onde térahertz (X = 1-0,1 millimètres) jusqu'à une date récente, ne sont pas facilement disponibles. Auparavant, leur gamme comprend des ondes radio, mais maintenant ce segment de l'échelle électromagnétique est affectée à une classe distincte.
3. Longueur d'onde infrarouge (X = 0,74-2000 micromètres) de transfert de chaleur. Le feu, la lumière, le soleil les émette en abondance.

La lumière visible nous avons examiné, donc plus de détails à ce sujet ne sera pas écrire.

longueur d'onde de rayonnement ultraviolet (λ = 10-400 nm) létale pour l' homme en excès, mais leur inconvénient est irréversible. Notre étoile centrale donne beaucoup de lumière ultraviolette, et l'atmosphère de la Terre conserve la plus grande partie.

Les rayons X et les rayons gamma (de X <10 nm) ont une plage commune, mais diffèrent par l' origine. Pour les obtenir, il est nécessaire de disperser des électrons ou des atomes à des vitesses très élevées. Laboratoire de personnes sont capables, mais dans la nature d'un tel pouvoir se produire que l'intérieur des étoiles, ou les collisions d'objets massifs. Un exemple de ce dernier procédé peut servir comme supernova explosions, l'absorption de l'étoile par un trou noir, la rencontre de deux galaxies et galaxies massives et les nuages de gaz.

Les ondes électromagnétiques de toutes les gammes, à savoir leur capacité à émettre et absorbée par les atomes, sont utilisés dans l'activité humaine. Indépendamment du fait que le lecteur a choisi (ou seulement pour élire) que les chemins de sa vie, il certainement faire face avec les résultats des études spectrales. Le vendeur bénéficie d'un terminal de paiement moderne, car une fois le scientifique a étudié les propriétés des substances et a créé une puce électronique. Agraire fertilise les champs et recueillir des rendements élevés sont maintenant seulement parce qu'une fois qu'un géologue a découvert dans un morceau de minerai de phosphore. Elle porte des vêtements brillants que l'invention des colorants chimiques persistants.

Mais si le lecteur souhaite se connecter sa vie avec le monde de la science, il faut étudier beaucoup plus que les concepts de base du processus d'émission et l'absorption des photons de la lumière dans les atomes.