Perguntas.

1. Como é um espectro contínuo?

Um espectro contínuo é uma banda que consiste em todas as cores do arco-íris, fundindo-se suavemente umas nas outras.

2. Da luz de quais corpos se obtém um espectro contínuo? Dar exemplos.

Um espectro contínuo é obtido a partir da luz de corpos sólidos e líquidos (filamento de uma lâmpada elétrica, metal fundido, chama de vela) com uma temperatura de vários milhares de graus Celsius. Também é dado por gases e vapores luminosos a alta pressão.

3. Como são os espectros de linha?

Os espectros de linha consistem em linhas individuais de cores específicas.

4. Como obter um espectro de linha de emissão de sódio?

Para fazer isso, você pode adicionar um pedaço de sal comum (NaCl) à chama do queimador e observar o espectro através de um espectroscópio.

5. De que fontes de luz são obtidos os espectros de linha?

Os espectros de linha são característicos de gases luminosos de baixa densidade.

6. Qual é o mecanismo para obter espectros de absorção de linha (ou seja, o que precisa ser feito para obtê-los)?

Os espectros de absorção de linha são obtidos passando a luz de uma fonte mais brilhante e mais quente através de gases de baixa densidade.

7. Como obter um espectro de absorção de linha de sódio e como ele se parece?

Para fazer isso, a luz de uma lâmpada incandescente deve passar por um recipiente com vapor de sódio. Como resultado disso, linhas pretas estreitas aparecerão no espectro contínuo da luz de uma lâmpada incandescente, no local onde houver linhas amarelas no espectro de emissão de sódio.

8. Qual é a essência da lei de Kirchhoff referente aos espectros de linha de emissão e absorção?

A Lei de Kirchoff afirma que os átomos de um determinado elemento absorvem e emitem ondas de luz nas mesmas frequências.

A forma dos espectros de gases luminosos depende da natureza química do gás.

Espectro de emissão

Questão 5. Espectro de emissão. Espectro de absorção

Questão 4. Aplicação da dispersão

O fenômeno da dispersão está subjacente ao projeto de instrumentos espectrais de prisma: espectroscópios e espectrógrafos, que servem para obter e observar espectros. O curso dos raios no espectrógrafo mais simples é mostrado na Fig.4.

A fenda iluminada pela fonte de luz, colocada no foco da lente do colimador, envia um feixe de raios divergentes para esta lente, que a lente (lente do colimador) converte em um feixe de raios paralelos.

Esses raios paralelos, refratados em um prisma, quebram-se em raios de luz de cores diferentes (ou seja, diferentes), que são coletados por uma lente de câmera (lente de câmera) em seu plano focal, e em vez de uma imagem da fenda, uma toda a série de imagens é obtida. Cada frequência tem sua própria imagem. A totalidade dessas imagens é o espectro. O espectro pode ser observado através de uma ocular usada como uma lupa. Tal dispositivo é chamado espectroscópio. Se você precisar tirar uma fotografia do espectro, a placa fotográfica será colocada no plano focal da lente da câmera. O dispositivo para fotografar o espectro é chamado espectrógrafo.

Se a luz de um sólido quente passar pelo prisma, então na tela atrás do prisma temos espectro de emissão contínua contínua.

Se a fonte de luz for um gás ou vapor, então o padrão do espectro muda significativamente. Há um conjunto de linhas brilhantes separadas por lacunas escuras. Esses espectros são chamados governou. Exemplos de espectros de linha são os espectros de sódio, hidrogênio e hélio.

Cada gás ou vapor dá seu próprio espectro, característico apenas para ele. Portanto, o espectro do gás luminoso nos permite tirar uma conclusão sobre sua composição química. Se a fonte de radiação for moléculas de substância, então um espectro listrado é observado.

Todos os três tipos de espectros - contínuo, de linha e listrado - são espectros emissões.

Além dos espectros de emissão, existem espectros de absorção, que são obtidos da seguinte maneira.

A luz branca da fonte é passada através dos vapores da substância de teste e direcionada para um espectroscópio ou outro instrumento projetado para estudar o espectro.

Nesse caso, linhas escuras dispostas em uma determinada ordem são visíveis no fundo de um espectro contínuo. Seu número e natureza de localização nos permitem julgar a composição da substância em estudo.

Por exemplo, se o vapor de sódio está no caminho dos raios, uma faixa escura aparece no espectro contínuo no ponto do espectro onde a linha amarela do espectro de emissão do vapor de sódio deveria estar localizada.

O fenômeno considerado foi explicado por Kirchhoff, que mostraram que os átomos de um determinado elemento absorvem as mesmas ondas de luz que eles próprios emitem.

Para explicar a origem dos espectros, é necessário conhecer a estrutura do átomo. Essas questões serão discutidas em aulas posteriores.

Literatura:

1. I.I. Narkevich et al. Physics. - Minsk: Publishing House “LLC New Knowledge”, 2004.

2. R.I. Grabovsky. Curso de física.- São Petersburgo.- M.- Krasnodar: Editora "Lan", 2006.

3. V. F. Dmitrieva. Física.- M.: Editora "Higher School", 2001.

4. A. N. Remizov. Curso de física, eletrônica e cibernética - M.: Editora "Higher school", 1982

5. L.A. Aksenovich, N. N. Rakina. Física - Minsk: Design PRO Publishing House, 2001.

Introdução …………………………………………………………………………………….2

Mecanismo de radiação………………………………………………………………………..3

Distribuição de energia no espectro………………………………………………………….4

Tipos de espectros……………………………………………………………………………….6

Tipos de Análise Espectral ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………….

Conclusão………………………………………………………………………………..9

Literatura……………………………………………………………………………….11

Introdução

O espectro é a decomposição da luz em suas partes componentes, raios de cores diferentes.

O método de estudar a composição química de várias substâncias por suas linhas de emissão ou espectros de absorção é chamado de análise espectral. A análise espectral requer uma quantidade insignificante de substância. A rapidez e a sensibilidade tornaram esse método indispensável tanto em laboratórios quanto em astrofísica. Como cada elemento químico da tabela periódica emite um espectro de emissão e absorção de linha característico apenas para ele, isso possibilita o estudo da composição química de uma substância. Os físicos Kirchhoff e Bunsen tentaram fazê-lo pela primeira vez em 1859, tendo construído espectroscópio. A luz era passada para ele através de uma fenda estreita cortada de uma borda de um telescópio (esse tubo com uma fenda é chamado de colimador). Do colimador, os raios caíram em um prisma coberto com uma caixa colada dentro com papel preto. O prisma desviou para o lado os raios que saíam da fenda. Havia um espectro. Depois disso, a janela foi pendurada com uma cortina e um queimador aceso foi colocado na ranhura do colimador. Pedaços de várias substâncias foram introduzidos um a um na chama de uma vela, e eles observaram através do segundo telescópio o espectro resultante. Descobriu-se que os vapores quentes de cada elemento davam raios de uma cor estritamente definida, e o prisma desviava esses raios para um local estritamente definido e, portanto, nenhuma cor podia mascarar a outra. Isso levou à conclusão de que um método radicalmente novo de análise química havia sido encontrado - pelo espectro de uma substância. Em 1861, com base nessa descoberta, Kirchhoff provou a presença de vários elementos na cromosfera solar, lançando as bases para a astrofísica.

Mecanismo de radiação

A fonte de luz deve consumir energia. A luz é ondas eletromagnéticas com um comprimento de onda de 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 M. As ondas eletromagnéticas são emitidas durante o movimento acelerado de partículas carregadas. Essas partículas carregadas fazem parte dos átomos. Mas, sem saber como o átomo está organizado, nada confiável pode ser dito sobre o mecanismo da radiação. É apenas claro que não há luz dentro de um átomo, assim como não há som em uma corda de piano. Como uma corda que começa a soar somente após uma batida de martelo, os átomos dão luz à luz somente depois de serem excitados.

Para que um átomo irradie, ele precisa transferir energia. Ao irradiar, um átomo perde a energia que recebeu e, para o brilho contínuo de uma substância, é necessário um influxo de energia de fora para seus átomos.

Radiação térmica. O tipo mais simples e comum de radiação é a radiação térmica, na qual a perda de energia pelos átomos para a emissão de luz é compensada pela energia do movimento térmico dos átomos ou (moléculas) do corpo radiante. Quanto maior a temperatura do corpo, mais rápido os átomos se movem. Quando átomos rápidos (moléculas) colidem entre si, parte de sua energia cinética é convertida em energia de excitação dos átomos, que então emitem luz.

A fonte de calor da radiação é o Sol, bem como uma lâmpada incandescente comum. A lâmpada é uma fonte muito conveniente, mas antieconômica. Apenas cerca de 12% de toda a energia liberada na lâmpada pela corrente elétrica é convertida em energia luminosa. A fonte de calor da luz é a chama. Os grãos de fuligem são aquecidos pela energia liberada durante a combustão do combustível e emitem luz.

Eletroluminescência. A energia necessária aos átomos para emitir luz também pode ser emprestada de fontes não térmicas. Ao descarregar em gases, o campo elétrico transmite uma grande energia cinética aos elétrons. Elétrons rápidos experimentam colisões com átomos. Parte da energia cinética dos elétrons vai para a excitação dos átomos. Átomos excitados emitem energia na forma de ondas de luz. Devido a isso, a descarga no gás é acompanhada por um brilho. Isso é eletroluminescência.

catodoluminescência. O brilho de sólidos causado por seu bombardeio com elétrons é chamado de catodoluminescência. A catodoluminescência faz com que as telas dos tubos de raios catódicos dos televisores brilhem.

Quimioluminescência. Em algumas reações químicas que liberam energia, parte dessa energia é gasta diretamente na emissão de luz. A fonte de luz permanece fria (tem temperatura ambiente). Este fenômeno é chamado de quimioluminescência.

Fotoluminescência. A luz que incide sobre uma substância é parcialmente refletida e parcialmente absorvida. A energia da luz absorvida na maioria dos casos causa apenas o aquecimento dos corpos. No entanto, alguns corpos começam a brilhar diretamente sob a ação da radiação incidente sobre eles. Isso é fotoluminescência. A luz excita os átomos da matéria (aumenta sua energia interna), após o que eles são destacados por si mesmos. Por exemplo, as tintas luminosas, que cobrem muitas decorações de Natal, emitem luz após serem irradiadas.

A luz emitida durante a fotoluminescência tem, via de regra, um comprimento de onda maior do que a luz que excita o brilho. Isso pode ser observado experimentalmente. Se você direcionar um feixe de luz para um recipiente com fluoresceita (corante orgânico),

passado através de um filtro de luz violeta, então este líquido começa a brilhar com luz verde-amarela, ou seja, luz de um comprimento de onda maior que o da luz violeta.

O fenômeno da fotoluminescência é amplamente utilizado em lâmpadas fluorescentes. O físico soviético S.I. Vavilov propôs cobrir a superfície interna do tubo de descarga com substâncias capazes de brilhar sob a ação da radiação de ondas curtas de uma descarga de gás. As lâmpadas fluorescentes são cerca de três a quatro vezes mais econômicas do que as lâmpadas incandescentes convencionais.

Os principais tipos de radiação e as fontes que os criam são listados. As fontes mais comuns de radiação são térmicas.

Você vai precisar

• - espectroscópio;
• - queimador de gás;
• - uma pequena colher de cerâmica ou porcelana;
• - sal de mesa puro;
• - um tubo de ensaio transparente cheio de dióxido de carbono;
• - poderosa lâmpada incandescente;
• - lâmpada de gás "econômica" poderosa.

Instrução

Para um espectroscópio de difração, pegue um CD, uma pequena caixa de papelão, uma caixa de termômetro de papelão. Corte um pedaço do disco para caber na caixa. No plano superior da caixa, próximo à sua parede curta, posicione a ocular em um ângulo de aproximadamente 135° em relação à superfície. A ocular é um pedaço de uma caixa de um termômetro. Escolha um local para a lacuna experimentalmente, perfurando e selando orifícios alternadamente em outra parede curta.

Instale uma lâmpada incandescente poderosa em frente à fenda do espectroscópio. Na ocular de um espectroscópio, você verá um espectro contínuo. Tal espectral existe em qualquer objeto aquecido. Não possui linhas de emissão e absorção. Este espectro é conhecido como .

Coloque o sal em uma pequena colher de cerâmica ou porcelana. Aponte a fenda do espectroscópio para uma área escura não luminosa acima da chama brilhante do queimador. Coloque uma colher no fogo com . No momento em que a chama ficar amarela intensa, será possível observar o espectro de emissão do sal estudado (cloreto de sódio) no espectroscópio, onde a linha de emissão na região amarela será especialmente visível. O mesmo experimento pode ser feito com cloreto de potássio, sais de cobre, tungstênio e assim por diante. É assim que os espectros de emissão se parecem - linhas claras em certas áreas de um fundo escuro.

Aponte a fenda de trabalho do espectroscópio para uma lâmpada incandescente brilhante. Coloque um tubo transparente cheio de dióxido de carbono de modo que cubra a fenda de trabalho do espectroscópio. Através da ocular pode-se observar um espectro contínuo atravessado por linhas verticais escuras. Este é o chamado espectro de absorção, neste caso - dióxido de carbono.

Aponte a fenda de trabalho do espectroscópio para a lâmpada "econômica" ligada. Em vez do espectro contínuo usual, você verá um conjunto de linhas verticais localizadas em diferentes partes e com cores principalmente diferentes. A partir disso, podemos concluir que o espectro de emissão de tal lâmpada é muito diferente do espectro de uma lâmpada incandescente comum, que é imperceptível a olho nu, mas afeta o processo de fotografar.

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Nota

Existem 2 tipos de espectroscópios. O primeiro usa um prisma triédrico dispersivo transparente. A luz do objeto em estudo é alimentada através de uma fenda estreita e é observada do outro lado com a ajuda de um tubo ocular. Para evitar a interferência da luz, toda a estrutura é coberta com um invólucro à prova de luz. Também pode consistir em elementos e tubos isolados de luz. O uso de lentes em tal espectroscópio é opcional. O segundo tipo de espectroscópio é um de difração. Seu elemento principal é uma grade de difração. A luz do objeto também é desejável para ser alimentada através da fenda. Peças de CDs e DVDs agora são frequentemente usadas como grades de difração em projetos caseiros. Qualquer tipo de espectroscópio servirá para os experimentos propostos;

O sal de mesa não deve conter iodo;

As experiências são melhor feitas com um assistente;

Todos os experimentos são feitos melhor em uma sala escura e sempre contra um fundo preto.

Conselho útil

Para obter dióxido de carbono em um tubo de ensaio, coloque um pedaço de giz escolar comum nele. Encha-o com ácido clorídrico. Colete o gás resultante em um tubo de ensaio limpo. O dióxido de carbono é mais pesado que o ar, então ele se acumula no fundo de um tubo de ensaio vazio, forçando o ar a sair dele. Para fazer isso, abaixe o tubo da fonte de gás para um tubo de ensaio vazio, ou seja, do tubo de ensaio em que ocorreu a reação.

O termo físico "espectro" vem da palavra latina espectro, que significa "visão", ou mesmo "fantasma". Mas o assunto, chamado de palavra tão sombria, está diretamente relacionado a um fenômeno natural tão bonito quanto um arco-íris.

Em sentido amplo, o espectro é a distribuição de valores de uma determinada quantidade física. Um caso especial é a distribuição de frequências de radiação eletromagnética. A luz que é percebida pelo olho humano também é uma espécie de radiação eletromagnética e tem um espectro.

Descoberta do espectro

A honra de descobrir o espectro da luz pertence a I. Newton. Ao iniciar essa pesquisa, o cientista perseguiu um objetivo prático: melhorar a qualidade das lentes dos telescópios. O problema era que as bordas da imagem que podiam ser observadas estavam pintadas em todas as cores do arco-íris.

I. Newton montou um experimento: um raio de luz penetrou em uma sala escura através de um pequeno buraco, que caiu na tela. Mas um prisma de vidro triédrico foi colocado em seu caminho. Em vez de um ponto de luz branca, uma faixa de arco-íris apareceu na tela. A luz do sol branca revelou-se complexa, composta.

O cientista complicou o experimento. Ele começou a fazer pequenos furos na tela para que apenas um feixe colorido (por exemplo, vermelho) passasse por eles, e atrás da tela uma segunda e outra tela. Descobriu-se que os raios coloridos, nos quais o primeiro prisma decompôs a luz, não se decompõem em suas partes componentes, passando pelo segundo prisma, apenas se desviam. Portanto, esses raios de luz são simples, mas foram refratados de maneiras diferentes, o que permitiu que a "" luz se separasse.

Assim ficou claro que cores diferentes não vêm de diferentes graus de “misturar luz com escuridão”, como se pensava antes de I. Newton, mas são componentes da própria luz. Essa composição foi chamada de espectro de luz.

A descoberta de I. Newton foi de grande importância para sua época, deu muito ao estudo da natureza da luz. Mas a verdadeira revolução na ciência, ligada ao estudo do espectro da luz, ocorreu em meados do século XIX.

Os cientistas alemães R.V. Bunsen e G.R. Kirchhoff estudaram o espectro da luz emitida pelo fogo, que se mistura com a evaporação de vários sais. O espectro variou dependendo das impurezas. Isso levou os pesquisadores à ideia de que os espectros de luz podem ser usados ​​para julgar a composição química do Sol e de outras estrelas. Assim nasceu o método de análise espectral.