Radiația termică și luminiscența.

Energia consumata corp luminos pentru radiații, poate fi completat din diverse surse. Fosforul oxidat în aer strălucește datorită energiei eliberate în timpul transformare chimică. Acest tip de lumină se numește chemiluminiscență. Strălucirea care vine din tipuri variate independent evacuarea gazelor se numește electroluminiscență. strălucire solide cauzată de bombardarea lor cu electroni se numește catodoluminiscență. Emisia de radiații de către un corp cu o anumită lungime de undă caracteristică acestuia λ 1 poate fi cauzată de iradierea acestui corp (sau iradierea lui anterior) cu radiație de lungime de undă λ 1 mai putin decat λ 2. Astfel de procese sunt combinate sub denumirea de fotoluminiscență (Luminescența se numește radiație, exces asupra radiației termice a corpului la o anumită temperatură și având o durată care depășește semnificativ perioada undelor emise. Substanțele luminescente se numesc fosfor. ).

Figura 8. 1 Chemiluminescență

Figura 8. 2 Fotoluminiscență

Figura 8. 3 Electroluminiscența.

Cel mai frecvent este strălucirea corpurilor datorită încălzirii lor. Acest tip de strălucire se numește radiație termică (sau de temperatură). Radiația termică apare la orice temperatură, totuși, la temperaturi scăzute, practic sunt emise doar unde electromagnetice lungi (infraroșii).

Surround corp radiant o carcasă impenetrabilă cu o suprafață perfect reflectorizantă (Fig.).

Radiația, căzând pe corp, va fi absorbită de acesta (parțial sau complet). În consecință, va exista un schimb continuu de energie între corp și radiația care umple învelișul. Dacă distribuția energiei între corp și radiație rămâne neschimbată pentru fiecare lungime de undă, starea sistemului de radiații corp va fi în echilibru. Experiența arată că singurul tip de radiație care poate fi în echilibru cu corpurile radiante este Radiație termala. Toate celelalte tipuri de radiații sunt neechilibrate.

Apoi energie interna organismul va scădea, ceea ce va duce la scăderea temperaturii. Aceasta, la rândul său, va determina o scădere a cantității de energie emisă de organism. Temperatura corpului va scădea până când cantitatea de energie radiată de corp devine egală cu numărul energie absorbită. Dacă echilibrul este perturbat în cealaltă direcție, adică cantitatea de energie radiată este mai mică decât este absorbită, temperatura corpului va crește până când echilibrul este restabilit. Astfel, un dezechilibru în sistemul corp-radiații determină apariția unor procese care restabilesc echilibrul.

Situația este diferită în cazul oricăruia dintre tipurile de luminiscență. Să arătăm acest lucru pe exemplul chemiluminiscenței. Atâta timp cât reacția chimică care provoacă radiația continuă, corpul radiant se îndepărtează din ce în ce mai mult de starea sa inițială. Absorbția radiațiilor de către organism nu va schimba direcția reacției, ci, dimpotrivă, va duce la o reacție mai rapidă (datorită încălzirii) în direcția inițială. Echilibrul se va stabili numai atunci când se epuizează întreaga aprovizionare de substanțe de reacție și Luminescență.

condiţionat procese chimice, vor fi înlocuite cu radiații termice.

Deci, dintre toate tipurile de radiații, doar radiația termică poate fi în echilibru. Legile termodinamicii se aplică stărilor și proceselor de echilibru. În consecință, și radiațiile termice trebuie să se supună unora tipare generale decurgând din principiile termodinamicii. La luarea în considerare a acestor regularități ne întoarcem.

8.2 Legea lui Kirchhoff.

Să introducem câteva caracteristici ale radiației termice.

Flux de energie (orice frecventa), emis de o unitate de suprafață a unui corp radiant pe unitatea de timp în toate direcțiile(într-un unghi solid 4π), numit luminozitatea energetică a corpului (R) [R] = W/m2 .

Radiația constă din unde de diferite frecvențe (ν). Să notăm fluxul de energie emis de o unitate de suprafață a corpului în intervalul de frecvență de la ν la ν + dv, prin d R v. Apoi la această temperatură.

Unde - densitatea spectrală luminozitatea energetică, sau emisivitatea corpului .

Experiența arată că emisivitatea unui corp depinde de temperatura corpului (pentru fiecare temperatură, radiația maximă se află în propriul interval de frecvență). Dimensiune .

Cunoscând emisivitatea, putem calcula luminozitate energetică:

Lăsați un flux de energie radiantă dФ să cadă pe o zonă elementară a suprafeței corpului, datorită undelor electromagnetice, ale căror frecvențe sunt cuprinse în intervalul dν. O parte din acest flux va fi absorbită de organism. Fără dimensiuni

numit capacitatea de absorbție a organismului . De asemenea, depinde foarte mult de temperatură.

Prin definiție, nu poate fi mai mare de unu. Pentru un corp care absoarbe complet radiația de toate frecvențele, . Un astfel de corp este numit absolut negru (aceasta este o idealizare).

Corpul pentru care și mai putin de unul pentru toate frecventele,numit corp gri (aceasta este și o idealizare).

Există o anumită relație între capacitatea de emitere și absorbție a corpului. Să realizăm mental următorul experiment.

Să fie trei corpuri în interiorul unei învelișuri închise. Corpurile sunt în vid, prin urmare, schimbul de energie poate avea loc numai din cauza radiațiilor. Experiența arată că după ceva timp un astfel de sistem va ajunge la o stare de echilibru termic (toate corpurile și învelișul vor avea aceeași temperatură).

În această stare, organismul, care are o capacitate radiativă mai mare, pierde pe unitatea de timp și mai multă energie, dar, prin urmare, acest organism trebuie să aibă și o capacitate de absorbție mai mare:

Gustav Kirchhoff în 1856 a formulat lege și a sugerat model de corp negru .

Raportul dintre emisivitate și absorbție nu depinde de natura corpului, este același pentru toate corpurile.(universal)funcţie de frecvenţă şi temperatură.

unde f(- funcţie generică Kirchhoff.

Această funcție are un caracter universal sau absolut.

Cantitățile și , luate separat, se pot schimba extrem de puternic la trecerea de la un corp la altul, dar raportul lor în mod constant pentru toate corpurile (la o frecvență și temperatură date).

Pentru un corp absolut negru , =1 , prin urmare, pentru el f( , i.e. Funcția universală a lui Kirchhoff nu este altceva decât strălucirea unui corp complet negru.

Corpurile absolut negre nu există în natură. Funinginea sau negrul de platină au putere de absorbție, 1, dar numai într-un interval de frecvență limitat. Cu toate acestea, o cavitate cu o deschidere mică este foarte aproape în proprietățile sale de un corp complet negru. Fasciculul care a intrat înăuntru, după reflexii multiple, este în mod necesar absorbit, iar fasciculul de orice frecvență.

Emisivitatea unui astfel de dispozitiv (cavitate) este foarte aproape de f(ν ,T). Astfel, dacă pereții cavității sunt menținuți la o temperatură T, atunci radiația emisă din gaură este foarte aproape compoziţia spectrală la radiația corpului negru la aceeași temperatură.

Extinderea acestei radiații într-un spectru, se poate găsi vedere experimentală funcții f(ν ,T)(Fig. 1.3), cu temperaturi diferite T 3 > T 2 > T 1 .

Aria acoperită de curbă oferă luminozitatea energetică a unui corp negru la temperatura corespunzătoare.

Aceste curbe sunt aceleași pentru toate corpurile.

Curbele sunt similare cu funcția de distribuție a vitezei a moleculelor. Dar acolo, zonele acoperite de curbe sunt constante, în timp ce aici, odată cu creșterea temperaturii, aria crește semnificativ. Acest lucru sugerează că compatibilitatea energetică depinde în mare măsură de temperatură. Radiație maximă (emisivitate) odată cu creșterea temperaturii se schimba spre frecvenţe mai înalte.

Radiația undelor electromagnetice de către corpuri (strălucirea corpurilor) poate fi efectuată datorită diferitelor tipuri de energie. Cea mai comună este radiația termică, adică emisia de unde electromagnetice datorită energiei interne a corpurilor. Toate celelalte tipuri de luminescență, excitate de orice tip de energie, cu excepția celei interne (termice), sunt combinate sub denumirea comună„luminescență”.

Fosforul oxidat în aer strălucește datorită energiei eliberate în timpul transformării chimice. Acest tip de lumină se numește chemiluminiscență. Strălucirea care apare în gaze și solide sub influența câmp electric se numește electroluminiscență. Strălucirea solidelor cauzată de bombardarea lor cu electroni se numește catodoluminiscență. Luminescența excitată de radiația electromagnetică absorbită de corp se numește fotoluminiscență.

Radiația termică apare la orice temperatură, totuși, la temperaturi scăzute, practic sunt emise doar unde electromagnetice lungi (infraroșii).

Să înconjurăm corpul radiant cu o înveliș cu o suprafață perfect reflectantă (Fig. 1.1).

Scoateți aerul din carcasă. Radiația reflectată de coajă, căzând pe corp, va fi absorbită de acesta (parțial sau complet). În consecință, va exista un schimb continuu de energie între corp și radiația care umple învelișul. Dacă distribuția energiei între corp și radiație rămâne neschimbată pentru fiecare lungime de undă, starea sistemului de radiații corp va fi în echilibru. Experiența arată că singurul tip de radiație care poate fi în echilibru cu corpurile radiante este radiația termică.

Toate celelalte tipuri de radiații sunt neechilibrate.

Capacitatea radiației termice de a fi în echilibru cu corpurile radiante se datorează faptului că intensitatea acesteia crește odată cu creșterea temperaturii. Să presupunem că echilibrul dintre corp și radiații este perturbat și corpul emite mai multă energie decât absoarbe. Apoi energia internă a corpului va scădea, ceea ce va duce la scăderea temperaturii. Aceasta, la rândul său, va determina o scădere a cantității de energie emisă de organism. Temperatura corpului va scădea până când cantitatea de energie emisă de corp devine egală cu cantitatea de energie absorbită. Dacă echilibrul este perturbat în cealaltă direcție, adică cantitatea de energie radiată este mai mică decât este absorbită, temperatura corpului va crește până când echilibrul este restabilit. Astfel, dezechilibrul în sistemul corp-radiații determină apariția proceselor care restabilesc echilibrul.

Situația este diferită în cazul luminiscenței. Să arătăm acest lucru pe exemplul chemiluminiscenței. Atâta timp cât curge radiația de condiționare reactie chimica, corpul radiant se îndepărtează din ce în ce mai mult de starea sa inițială. Absorbția radiațiilor de către organism nu va schimba direcția reacției, ci, dimpotrivă, va duce la o reacție mai rapidă (datorită încălzirii) în direcția inițială. Echilibrul se va stabili numai atunci când se epuizează întregul aport de substanţe care reacţionează şi se înlocuieşte luminiscenţa datorată proceselor chimice cu radiaţii termice.

Deci, dintre toate tipurile de radiații, doar radiația termică poate fi în echilibru. La stări de echilibru iar procesele aplică legile termodinamicii. Prin urmare, radiația termică trebuie să se supună unor legi generale care decurg din principiile termodinamicii. La luarea în considerare a acestor regularități ne întoarcem.

radiatie electromagnetica. Metode de aplicare analiza spectrală.

Energia radiațiilor.

Sursa de lumină trebuie să consume energie. Lumina este unde electromagnetice cu o lungime de undă de 4 10-7 - 8 10-7 m. Undele electromagnetice emis la mișcare rapidă particule încărcate. Aceste particule încărcate fac parte din atomi. Dar, fără a ști cum este aranjat atomul, nu se poate spune nimic sigur despre mecanismul radiației. Este clar doar că nu există lumină în interiorul unui atom, la fel cum nu există niciun sunet într-o coardă de pian. Asemenea unei coarde care începe să sune abia după lovirea unui ciocan, atomii dau naștere luminii numai după ce sunt excitați.
Pentru ca un atom să radieze, trebuie să transfere energie. Prin radiare, atomul pierde energia primită, iar pentru strălucirea continuă a substanței este necesar un aflux de energie către atomii săi din exterior.

Radiație termala. Cel mai simplu și cel mai comun tip de radiație este radiația termică, în care pierderea de energie de către atomi pentru emisia de lumină este compensată de energie. mișcarea termică atomi sau (molecule) corpului radiant.
LA începutul XIXîn. s-a constatat că deasupra (în lungime de undă) partea roșie a spectrului lumina vizibila partea infraroșie a spectrului este invizibilă pentru ochi, iar sub partea violetă a spectrului luminii vizibile se află partea invizibilă ultravioletă a spectrului.
lungimi de undă Radiatii infrarosii sunt cuprinse în intervalul de la 3 10-4 la 7,6 10-7 m. proprietate caracteristică această radiație este a ei efect termic. Sursa razelor infraroșii este orice corp. Intensitatea acestei radiații este cu atât mai mare, cu atât temperatura corpului este mai mare. Cu cât temperatura corpului este mai mare, cu atât atomii se mișcă mai repede. Când atomii (moleculele) rapizi se ciocnesc unul de altul, o parte din energia lor cinetică este convertită în energie de excitație a atomilor, care apoi emit lumină.

Radiația infraroșie este examinată folosind termocupluri și bolometre. Principiul de funcționare al dispozitivelor de vedere pe timp de noapte se bazează pe utilizarea radiației infraroșii.
Sursa de căldură a radiației este Soarele, precum și o lampă incandescentă obișnuită. Lampa este o sursă foarte convenabilă, dar neeconomică. Doar aproximativ 12% din energia totală eliberată în lampă soc electric, este transformată în energie luminoasă. Sursa de căldură a luminii este flacăra. Boabele de funingine sunt încălzite de energia eliberată în timpul arderii combustibilului și emit lumină.

Electroluminiscență. Energia necesară atomilor pentru a emite lumină poate fi împrumutată și din surse non-termice. Când se descarcă în gaze, câmpul electric informează electronii despre o mai mare energie kinetică. Electronii rapizi experimentează coliziuni cu atomii. O parte din energia cinetică a electronilor merge la excitarea atomilor. Atomi excitați eliberează energie sub formă de unde luminoase. Din acest motiv, descărcarea în gaz este însoțită de o strălucire. Aceasta este electroluminiscența.

catodoluminiscenţă. Strălucirea solidelor cauzată de bombardarea lor cu electroni se numește catodoluminiscență. Ecranele tuburilor catodice strălucesc din cauza catodoluminiscenței.

Chemiluminiscență. În unele reacții chimice care eliberează energie, o parte din această energie este cheltuită direct pentru emisia de lumină. Sursa de lumină rămâne rece (are temperatură mediu inconjurator). Acest fenomen se numește chemiluminiscență.

Fotoluminiscență. Lumina care cade pe o substanță este parțial reflectată și parțial absorbită. Energia luminii absorbite provoacă în majoritatea cazurilor doar încălzirea corpului. Cu toate acestea, unele corpuri încep să strălucească direct sub acțiunea radiației incidente asupra lor. Aceasta este fotoluminiscența.

Lumina excită atomii materiei (le mărește energia internă), după care sunt evidențiați de la sine. De exemplu, vopselele luminoase, care acoperă multe decorațiuni de Crăciun, emit lumină după ce sunt iradiate. Fotoluminiscența solidelor, precum și motiv special- fosfori (generalizați), pot fi nu numai în vizibil, ci și în domeniul ultraviolet și infraroșu. Lumina emisă în timpul fotoluminiscenței are, de regulă, o lungime de undă mai mare decât lumina care excită strălucirea. Acest lucru poate fi observat experimental. Dacă un fascicul de lumină trecut printr-un filtru de lumină violetă este direcționat către un vas cu un fluorescent (colorant organic), atunci acest lichid începe să strălucească cu lumină verde-gălbuie, adică lumină cu o lungime de undă mai mare decât cea a luminii violete.
Fenomenul fotoluminiscenței este utilizat pe scară largă în lămpile fluorescente. fizician sovietic S. I. Vavilov a propus să acopere suprafata interioara tub de descărcare cu substanțe capabile să strălucească puternic sub acțiunea radiației cu unde scurte a unei descărcări de gaz.

Distribuția energiei în spectru.

Niciuna dintre surse nu dă lumină monocromatică, adică lumină cu o lungime de undă strict definită. De acest lucru suntem convinși de experimente privind descompunerea luminii într-un spectru cu ajutorul unei prisme, precum și experimente de interferență și difracție.
Energia pe care o poartă cu ea lumina de la sursă este distribuită într-un anumit fel peste undele de toate lungimile de undă care alcătuiesc fasciculul de lumină. De asemenea, putem spune că energia este distribuită pe frecvențe, deoarece există o relație simplă între lungimea de undă și frecvență: ђv = c.
Densitatea sau intensitatea fluxului radiației electromagnetice este determinată de energia atribuită tuturor frecvențelor. Pentru a caracteriza distribuția radiației pe frecvențe, trebuie să introduceți o nouă valoare: intensitatea pe unitatea de interval de frecvență. Această valoare se numește densitatea spectrală a intensității radiației.

Nu vă puteți baza pe ochi atunci când estimați distribuția energiei. Ochiul are o sensibilitate selectivă la lumină: maximul sensibilității sale se află în regiunea galben-verde a spectrului. Cel mai bine este să profitați de proprietatea unui corp negru de a absorbi aproape complet lumina de toate lungimile de undă. În acest caz, energia radiației (adică lumina) provoacă încălzirea corpului. Prin urmare, este suficient să măsurați temperatura corpului și să o folosiți pentru a evalua cantitatea de energie absorbită pe unitatea de timp.
Un termometru obișnuit este prea sensibil pentru a fi folosit cu succes în astfel de experimente. Sunt necesare instrumente de măsurare a temperaturii mai sensibile. Puteți lua un termometru electric, în care element sensibil realizată sub forma unei plăci subțiri de metal. Această placă trebuie acoperită cu un strat subțire de funingine, care absoarbe aproape complet lumina de orice lungime de undă.
Placa termosensibilă a instrumentului trebuie plasată într-un loc sau altul din spectru. Tot spectru vizibil lungimea l de la razele roșii la violet corespunde intervalului de frecvență de la IR la UV. Lățimea corespunde unui interval mic Av. Prin încălzirea plăcii negre a dispozitivului, se poate aprecia densitatea flux de radiații pe interval de frecvență Av. Deplasând placa de-a lungul spectrului, aflăm că majoritatea energia cade pe partea roșie a spectrului, și nu pe cea galben-verde, așa cum pare ochiului.
Pe baza rezultatelor acestor experimente, este posibilă reprezentarea grafică a dependenței densității spectrale a intensității radiației de frecvență. Densitatea spectrală a intensității radiației este determinată de temperatura plăcii, iar frecvența nu este greu de găsit dacă dispozitivul folosit pentru a descompune lumina este calibrat, adică dacă se știe ce frecvență corespunde secțiunii date a spectrului. la.
Trasând de-a lungul axei absciselor valorile frecvențelor corespunzătoare punctelor medii ale intervalelor Av, iar de-a lungul axei ordonatelor densitatea spectrală a intensității radiației, obținem o serie de puncte prin care se poate trasa o curbă netedă. Această curbă oferă o reprezentare vizuală a distribuției energiei și a părții vizibile a spectrului unui arc electric.

Tipuri de spectre.

Compoziția spectrală a radiațiilor diverse substante foarte variat. Dar, în ciuda acestui fapt, toate spectrele, după cum arată experiența, pot fi împărțite în trei tipuri care diferă unele de altele.

Spectre continue.

Spectrul solar sau spectrul luminii arcului este continuu. Aceasta înseamnă că toate lungimile de undă sunt reprezentate în spectru. Nu există discontinuități în spectru și o bandă continuă multicoloră poate fi văzută pe ecranul spectrografului.
Distribuția energiei pe frecvențe, adică densitatea spectrală a intensității radiației, pt diverse corpuri diferit. De exemplu, un corp cu o suprafață foarte neagră emite unde electromagnetice de toate frecvențele, dar densitatea spectrală a curbei intensității radiației în funcție de frecvență are un maxim la o anumită frecvență. Energia de radiație atribuită frecvențelor foarte mici și foarte înalte este neglijabilă. Pe măsură ce temperatura crește, densitatea spectrală maximă a radiației se deplasează către unde scurte.
Spectrele continue (sau continue), după cum arată experiența, dau corpuri care sunt solide sau stare lichidași gaze puternic comprimate. Pentru a obține un spectru continuu, trebuie să încălziți corpul la o temperatură ridicată.
Natura spectrului continuu și însuși faptul existenței sale sunt determinate nu numai de proprietățile atomilor radianți individuali, ci și de grad puternic depinde de interacțiunea atomilor între ei.
Un spectru continuu este, de asemenea, produs de plasmă la temperatură înaltă. Undele electromagnetice sunt emise de plasmă în principal atunci când electronii se ciocnesc cu ionii.

Spectre de linii.

Să introducem în flacăra palidă a unui arzător cu gaz o bucată de azbest umezită cu o soluție de obișnuit. sare de masă. Când se observă o flacără printr-un spectroscop, o linie galbenă strălucitoare clipește pe fundalul unui spectru continuu abia distins al flăcării. Această linie galbenă este dată de vaporii de sodiu, care se formează în timpul divizării moleculelor de clorură de sodiu într-o flacără. Pe spectroscop, se poate vedea și o palisadă de linii colorate de luminozitate diferită, separate de benzi largi întunecate. Astfel de spectre sunt numite spectre de linii. Prezența unui spectru de linie înseamnă că substanța emite lumină doar de anumite lungimi de undă (mai precis, în anumite intervale spectrale foarte înguste). Fiecare dintre linii are o lățime finită.
Spectrele de linie apar numai în substanțele în stare atomică (dar nu și în cele moleculare). În acest caz, lumina este emisă de atomi care practic nu interacționează între ei. Acesta este cel mai fundamental tip de spectre de bază. Proprietatea principală a spectrelor de linii este aceea că atomii izolați ai unui element chimic dat emit secvențe de lungimi de undă strict definite, care nu se repetă. Două diverse elemente nu există o singură secvență de lungimi de undă. Benzile spectrale apar la ieșirea unui dispozitiv spectral în locul lungimii de undă care este emisă de la sursă. De obicei, pentru a observa spectre de linii, se folosește strălucirea vaporilor unei substanțe într-o flacără sau strălucirea unei descărcări de gaz într-un tub umplut cu gazul studiat.
Cu o creștere a densității unui gaz atomic, individ linii spectrale extinde și, în sfârșit, la foarte densitate mare gaz, atunci când interacțiunea atomilor devine semnificativă, aceste linii se suprapun între ele formând un spectru continuu.

Spectre cu dungi.

Spectrul în dungi este format din benzi individuale separate prin goluri întunecate. Cu ajutorul unui aparat spectral foarte bun se poate constata ca fiecare banda este o colectie un numar mare linii foarte apropiate. Spre deosebire de spectrele de linii, spectrele de dungi sunt create nu de atomi, ci de molecule care nu sunt legate sau slab legate. prieten legat cu prietenul.
Pentru a observa spectre moleculare, precum și pentru a observa spectre de linii, se folosește de obicei strălucirea vaporilor într-o flacără sau strălucirea unei descărcări de gaz.

Spectre de emisie și absorbție.

Toate substanțele ai căror atomi sunt în stare excitată emit unde luminoase, a cărui energie este distribuită într-un anumit fel pe lungimile de undă. Absorbția luminii de către o substanță depinde și de lungimea de undă. Deci, sticla roșie transmite unde corespunzătoare luminii roșii (l»8 10-5 cm), și absoarbe tot restul.
Dacă săriți lumină albă printr-un gaz rece, neradiant, pe fundalul spectrului continuu al sursei apar linii întunecate. Gazul absoarbe cel mai intens lumina exact acele lungimi de undă pe care o emite atunci când este foarte fierbinte. Liniile întunecate pe fundalul spectrului continuu sunt liniile de absorbție, care împreună formează spectrul de absorbție.
Există spectre de emisie continue, linie și în dungi și același număr de spectre de absorbție.

Analiza spectrală și aplicarea acesteia.

Este important să știm din ce sunt făcute corpurile din jurul nostru. Au fost concepute multe metode pentru a determina compoziția lor. Dar compoziția stelelor și galaxiilor poate fi cunoscută doar cu ajutorul analizei spectrale.

Metoda de determinare a compoziției calitative și cantitative a unei substanțe prin spectrul său se numește analiză spectrală. Analiza spectrală este utilizată pe scară largă în explorarea minerală pentru a determina compoziția chimică a probelor de minereu. În industrie, analiza spectrală face posibilă controlul compozițiilor aliajelor și impurităților introduse în metale pentru a obține materiale cu proprietățile dorite. Spectrele de linii joacă în special rol important, deoarece structura lor este direct legată de structura atomului. La urma urmei, aceste spectre sunt create de atomi care nu experimentează influențe externe. Prin urmare, familiarizându-ne cu spectrele de linii, facem astfel primul pas către studierea structurii atomilor. Prin observarea acestor spectre, oamenii de știință au putut „priva” în interiorul atomului. Aici, optica intră în contact strâns cu fizica atomică.
Principala proprietate a spectrelor de linie este că lungimile de undă (sau frecvențele) ale spectrului de linii ale unei substanțe depind numai de proprietățile atomilor acestei substanțe, dar sunt complet independente de metoda de excitare a luminiscenței atomilor. Atomii oricărui element chimic emit un spectru, spre deosebire de spectrele tuturor celorlalte elemente: ei sunt capabili să emită un set strict definit de lungimi de undă.
Analiza spectrală se bazează pe aceasta - o metodă pentru determinarea compoziției chimice a unei substanțe din spectrul acesteia.

Ca amprentele umane spectre de linii au o personalitate unică. Unicitatea modelelor de pe pielea degetului ajută adesea la găsirea infractorului. În același mod, datorită individualității spectrelor, este posibil să se determine compoziție chimică corp. Folosind analiza spectrală, puteți detecta acest element în compoziție substanță complexă, chiar dacă masa sa nu depășește 10-10. Aceasta este o metodă foarte sensibilă.
Studiul spectrului de linii al unei substanțe face posibilă determinarea din care elemente chimice consta si in ce cantitate fiecare element este continut in aceasta substanta.
Conținutul cantitativ al elementului din proba studiată se determină prin compararea intensității liniilor individuale ale spectrului acestui element cu intensitatea liniilor altui element chimic, al cărui conținut cantitativ în eșantion este cunoscut.
O analiză cantitativă a compoziției unei substanțe după spectrul său este dificilă, deoarece luminozitatea liniilor spectrale depinde nu numai de masa substanței, ci și de metoda de excitare a strălucirii. Da, la temperaturi scăzute multe linii spectrale nu apar deloc. Cu toate acestea, în condiții standard pentru excitarea luminiscenței, poate fi efectuată și o analiză spectrală cantitativă.
Avantajele analizei spectrale sunt sensibilitate crescutăși viteza rezultatelor. Cu ajutorul analizei spectrale este posibilă detectarea prezenței aurului într-o probă care cântărește 6 10-7 g, în timp ce masa acestuia este de numai 10-8 g. Determinarea gradului de oțel prin analiză spectrală poate fi efectuată în câteva zeci. de secunde.
Analiza spectrală vă permite să determinați compoziția chimică corpuri cerești miliarde de ani lumină distanță de Pământ. Compoziția chimică a atmosferelor planetelor și stelelor, gazul rece din spațiul interstelar este determinată de spectre de absorbție.
Studiind spectrele, oamenii de știință au putut determina nu numai compoziția chimică a corpurilor cerești, ci și temperatura acestora. Deplasarea liniilor spectrale poate fi folosită pentru a determina viteza unui corp ceresc.

În prezent, spectrele tuturor atomilor au fost determinate și au fost întocmite tabele de spectre. Cu ajutorul analizei spectrale au fost descoperite multe elemente noi: rubidiu, cesiu etc. Elementele au fost adesea denumite după culoarea celor mai intense linii ale spectrului. Rubidiu dă linii roșu închis, rubin. Cuvântul cesiu înseamnă „albastru cerul”. Aceasta este culoarea liniilor principale ale spectrului de cesiu.
Cu ajutorul analizei spectrale au aflat compoziția chimică a Soarelui și a stelelor. Alte metode de analiză sunt în general imposibile aici. S-a dovedit că stelele sunt compuse din aceleași elemente chimice care se găsesc pe Pământ. Este curios că heliul a fost descoperit inițial în Soare și abia apoi găsit în atmosfera Pământului. Numele acestui element amintește de istoria descoperirii sale: cuvântul heliu înseamnă „însorit” în traducere.
Datorită simplității și versatilității sale comparative, analiza spectrală este principala metodă de monitorizare a compoziției unei substanțe în metalurgie, inginerie mecanică și industria nucleară. Cu ajutorul analizei spectrale se determină compoziția chimică a minereurilor și mineralelor.
Compoziția amestecurilor complexe, în principal organice, este analizată prin spectrele lor moleculare.
Analiza spectrală poate fi efectuată nu numai din spectre de emisie, ci și din spectre de absorbție. Liniile de absorbție din spectrul Soarelui și stelelor fac posibilă studierea compoziției chimice a acestor corpuri cerești. Suprafața puternic luminoasă a Soarelui - fotosfera - oferă un spectru continuu. atmosfera solara absoarbe selectiv lumina din fotosferă, ceea ce duce la apariția liniilor de absorbție pe fundalul spectrului continuu al fotosferei.
Dar însăși atmosfera Soarelui emite lumină. Pe parcursul eclipsele de soare, când disc solarînchise de Lună, liniile spectrului sunt inversate. În loc de liniile de absorbție din spectrul solar, liniile de emisie clipesc.
În astrofizică, analiza spectrală este înțeleasă nu numai pentru a determina compoziția chimică a stelelor, norilor de gaz etc., ci și pentru a găsi multe alte caracteristici fizice aceste obiecte: temperatura, presiunea, viteza, inducția magnetică.
Pe lângă astrofizică, analiza spectrală este utilizată pe scară largă în criminalistică, pentru a investiga probele găsite la locul crimei. De asemenea, analiza spectrală în criminalistică ajută la determinarea armei crimei și, în general, la dezvăluirea unor detalii ale crimei.
Analiza spectrală este folosită și mai pe scară largă în medicină. Aici aplicarea sa este foarte largă. Poate fi folosit pentru diagnosticare, precum și pentru a determina substanțele străine din corpul uman.
Analiza spectrală necesită instrumente spectrale speciale, pe care le vom lua în considerare în continuare.

Dispozitive spectrale.

Pentru un studiu precis al spectrelor, dispozitive simple precum o fantă îngustă care limitează fasciculul de lumină și o prismă nu mai sunt suficiente. Sunt necesare instrumente care oferă un spectru clar, adică instrumente care separă bine undele diverse lungimiși fără suprapunere secțiuni individuale spectru. Astfel de dispozitive sunt numite dispozitive spectrale. Cel mai adesea, partea principală a aparatului spectral este o prismă sau o rețea de difracție.
Luați în considerare schema dispozitivului aparatului spectral prism. Radiația studiată intră mai întâi în partea dispozitivului numită colimator. Colimatorul este un tub, la un capăt al căruia se află un ecran cu o fantă îngustă, iar la celălalt - o lentilă convergentă. Decalajul este deschis distanta focala din lentilă. Prin urmare, un fascicul de lumină divergent care intră în lentilă din fantă iese din acesta într-un fascicul paralel și cade pe prismă.
La fel de frecvente diferite corespund diferiților indici de refracție, apoi din prismă ies fascicule paralele, care nu coincid în direcție. Cad pe lentilă. La distanța focală a acestui obiectiv se află un ecran - sticlă mată sau placă fotografică. Lentila focalizează fascicule paralele de raze pe ecran și, în loc de o singură imagine a fantei, întreaga linie imagini. Fiecare frecvență (interval spectral îngust) are propria sa imagine. Toate aceste imagini împreună formează un spectru.
Instrumentul descris se numește spectrograf. Dacă în loc de o a doua lentilă și un ecran, se folosește un telescop pentru observarea vizuală a spectrelor, atunci dispozitivul se numește spectroscop. Prismele și alte detalii ale dispozitivelor spectrale nu sunt neapărat făcute din sticlă. În loc de sticlă se folosesc și materiale transparente precum cuarțul, sarea gemă etc.

Introducere ………………………………………………………………………………….2

Mecanismul radiației………………………………………………………………………………..3

Distribuția energiei în spectru…………………………………………………………………….4

Tipuri de spectre……………………………………………………………………………….6

Tipuri de analiză spectrală……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………….

Concluzie……………………………………………………………………………………………..9

Literatură………………………………………………………………………………….11

Introducere

Spectrul este descompunerea luminii în părțile sale componente, raze de diferite culori.

Metoda de studiu a compoziției chimice a diferitelor substanțe prin spectre de emisie sau absorbție a liniilor lor se numește analiza spectrală. Analiza spectrală necesită o cantitate neglijabilă de substanță. Viteza și sensibilitatea au făcut această metodă indispensabilă atât în laboratoare, cât și în astrofizică. Deoarece fiecare element chimic al tabelului periodic emite o linie de emisie și spectru de absorbție caracteristic numai pentru acesta, acest lucru face posibilă studierea compoziției chimice a unei substanțe. Fizicienii Kirchhoff și Bunsen au încercat pentru prima dată să o facă în 1859, după ce au construit spectroscop. Lumina a fost trecută în ea printr-o fantă îngustă tăiată dintr-o margine a telescopului (această țeavă cu fantă se numește colimator). Din colimator, razele au căzut pe o prismă acoperită cu o cutie lipită în interior cu hârtie neagră. Prisma a deviat în lateral razele care ieșeau din fantă. A existat un spectru. După aceea, fereastra a fost atârnată cu o perdea și a fost plasat un arzător aprins la fanta colimatorului. Bucăți din diferite substanțe au fost introduse una câte una în flacăra unei lumânări și s-au uitat prin cel de-al doilea telescop la spectrul rezultat. S-a dovedit că vaporii fierbinți ai fiecărui element au dat raze de o culoare strict definită, iar prisma a deviat aceste raze într-un loc strict definit și, prin urmare, nicio culoare nu o putea masca pe cealaltă. Aceasta a condus la concluzia că a fost găsită o metodă radical nouă de analiză chimică - prin spectrul unei substanțe. În 1861, pe baza acestei descoperiri, Kirchhoff a dovedit prezența unui număr de elemente în cromosfera solară, punând bazele astrofizicii.

Mecanismul de radiație

Sursa de lumină trebuie să consume energie. Lumina este unde electromagnetice cu o lungime de undă de 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 m. Undele electromagnetice sunt emise în timpul mișcării accelerate a particulelor încărcate. Aceste particule încărcate fac parte din atomi. Dar, fără a ști cum este aranjat atomul, nu se poate spune nimic sigur despre mecanismul radiației. Este clar doar că nu există lumină în interiorul unui atom, la fel cum nu există niciun sunet într-o coardă de pian. Asemenea unei coarde care începe să sune abia după lovirea unui ciocan, atomii dau naștere luminii numai după ce sunt excitați.

Pentru ca un atom să radieze, trebuie să transfere energie. Prin radiare, atomul pierde energia primită, iar pentru strălucirea continuă a substanței este necesar un aflux de energie către atomii săi din exterior.

Radiație termala. Cel mai simplu și mai comun tip de radiație este radiația termică, în care pierderea de energie de către atomi pentru emisia de lumină este compensată de energia mișcării termice a atomilor sau (moleculelor) corpului radiant. Cu cât temperatura corpului este mai mare, cu atât atomii se mișcă mai repede. Când atomii (moleculele) rapizi se ciocnesc unul de altul, o parte din energia lor cinetică este convertită în energie de excitație a atomilor, care apoi emit lumină.

Sursa de căldură a radiației este Soarele, precum și o lampă incandescentă obișnuită. Lampa este o sursă foarte convenabilă, dar neeconomică. Doar aproximativ 12% din toată energia eliberată în lampă de curentul electric este convertită în energie luminoasă. Sursa de căldură a luminii este flacăra. Boabele de funingine sunt încălzite de energia eliberată în timpul arderii combustibilului și emit lumină.

Electroluminiscență. Energia necesară atomilor pentru a emite lumină poate fi împrumutată și din surse non-termice. Când se descarcă în gaze, câmpul electric conferă electronilor o energie cinetică mare. Electronii rapizi experimentează coliziuni cu atomii. O parte din energia cinetică a electronilor merge la excitarea atomilor. Atomii excitați eliberează energie sub formă de unde luminoase. Din acest motiv, descărcarea în gaz este însoțită de o strălucire. Aceasta este electroluminiscența.

catodoluminiscenţă. Strălucirea solidelor cauzată de bombardarea lor cu electroni se numește catodoluminiscență. Catodoluminiscența face ca ecranele tuburilor catodice ale televizoarelor să strălucească.

Chemiluminiscență.În unele reacții chimice care merg odată cu eliberarea de energie, o parte din această energie este cheltuită direct pentru emisia de lumină. Sursa de lumina ramane rece (are temperatura ambientala). Acest fenomen se numește chemioluminiscență.

Fotoluminiscență. Lumina care cade pe o substanță este parțial reflectată și parțial absorbită. Energia luminii absorbite provoacă în majoritatea cazurilor doar încălzirea corpului. Cu toate acestea, unele corpuri încep să strălucească direct sub acțiunea radiației incidente asupra lor. Aceasta este fotoluminiscența. Lumina excită atomii materiei (le mărește energia internă), după care sunt evidențiați de la sine. De exemplu, vopselele luminoase, care acoperă multe decorațiuni de Crăciun, emit lumină după ce sunt iradiate.

Lumina emisă în timpul fotoluminiscenței are, de regulă, o lungime de undă mai mare decât lumina care excită strălucirea. Acest lucru poate fi observat experimental. Dacă direcționați un fascicul de lumină către un vas cu fluoresceit (colorant organic),

trecut printr-un filtru de lumină violet, apoi acest lichid începe să strălucească cu lumină verde-gălbuie, adică lumină cu o lungime de undă mai mare decât cea a luminii violete.

Fenomenul fotoluminiscenței este utilizat pe scară largă în lămpile fluorescente. Fizicianul sovietic S.I. Vavilov a propus acoperirea suprafeței interioare a tubului de descărcare cu substanțe capabile să strălucească puternic sub acțiunea radiației cu unde scurte de la o descărcare de gaz. Lămpile fluorescente sunt de aproximativ trei până la patru ori mai economice decât lămpile incandescente convenționale.

Sunt enumerate principalele tipuri de radiații și sursele care le creează. Cele mai comune surse de radiații sunt termice.

Distribuția energiei în spectru

Pe ecranul din spatele unei prisme de refracție, culorile monocromatice din spectru sunt aranjate în următoarea ordine: roșu (având cea mai mare lungime de undă dintre undele de lumină vizibilă (k = 7,6 (10-7 m și cel mai mic indice de refracție), portocaliu, galben, verde, albastru, albastru și violet (având cea mai mică lungime de undă din spectrul vizibil (f = 4 (10-7 m și cel mai mare indice de refracție). Niciuna dintre surse nu dă lumină monocromatică, adică lumină de un strict definit). Suntem convinși de acest lucru prin experimente privind descompunerea luminii într-un spectru folosind o prismă, precum și experimente privind interferența și difracția.

Energia pe care o poartă cu ea lumina de la sursă este distribuită într-un anumit fel peste undele de toate lungimile de undă care alcătuiesc fasciculul de lumină. De asemenea, putem spune că energia este distribuită pe frecvențe, deoarece există o relație simplă între lungimea de undă și frecvență: v = c.

Densitatea de flux a radiației electromagnetice, sau intensitatea /, este determinată de energia &W atribuită tuturor frecvențelor. Pentru a caracteriza distribuția radiației pe frecvențe, trebuie introdusă o nouă mărime: intensitatea pe unitatea de interval de frecvență. Această valoare se numește densitatea spectrală a intensității radiației.

Densitatea spectrală a fluxului de radiație poate fi găsită experimental. Pentru a face acest lucru, trebuie să utilizați o prismă pentru a obține spectrul de emisie, de exemplu, un arc electric și măsurați densitatea fluxului de radiație pe intervale spectrale mici de lățime Av.

Un termometru obișnuit este prea sensibil pentru a fi folosit cu succes în astfel de experimente. Sunt necesare instrumente de măsurare a temperaturii mai sensibile. Puteți lua un termometru electric, în care elementul sensibil este realizat sub forma unei plăci subțiri de metal. Această placă trebuie acoperită cu un strat subțire de funingine, care absoarbe aproape complet lumina de orice lungime de undă.

Placa termosensibilă a instrumentului trebuie plasată într-un loc sau altul din spectru. Întregul spectru vizibil de lungime l de la razele roșii la violet corespunde intervalului de frecvență de la v kr la y f. Lățimea corespunde unui interval mic Av. Prin încălzirea plăcii negre a dispozitivului, se poate aprecia densitatea fluxului de radiație pe intervalul de frecvență Av. Deplasând placa de-a lungul spectrului, constatăm că cea mai mare parte a energiei se află în partea roșie a spectrului și nu în galben-verde, așa cum pare ochiului.

Pe baza rezultatelor acestor experimente, este posibilă reprezentarea grafică a dependenței densității spectrale a intensității radiației de frecvență. Densitatea spectrală a intensității radiației este determinată de temperatura plăcii, iar frecvența nu este greu de găsit dacă dispozitivul folosit pentru a descompune lumina este calibrat, adică dacă se știe ce frecvență corespunde secțiunii date a spectrului. la.

Trasând de-a lungul axei absciselor valorile frecvențelor corespunzătoare punctelor medii ale intervalelor Av, iar de-a lungul axei ordonatelor densitatea spectrală a intensității radiației, obținem o serie de puncte prin care se poate trasa o curbă netedă. Această curbă oferă o reprezentare vizuală a distribuției energiei și a părții vizibile a spectrului unui arc electric.

Dispozitive spectrale. Pentru un studiu precis al spectrelor, dispozitive simple precum o fantă îngustă care limitează fasciculul de lumină și o prismă nu mai sunt suficiente. Sunt necesare instrumente care oferă un spectru clar, adică instrumente care separă bine undele de lungimi de undă diferite și nu permit suprapunerea secțiunilor individuale ale spectrului. Astfel de dispozitive sunt numite dispozitive spectrale. Cel mai adesea, partea principală a aparatului spectral este o prismă sau o rețea de difracție.

Luați în considerare schema dispozitivului aparatului spectral prism. Radiația studiată intră mai întâi în partea dispozitivului numită colimator. Colimatorul este un tub, la un capăt al căruia se află un ecran cu o fantă îngustă, iar la celălalt - o lentilă convergentă. Fanta se află la o distanță focală față de obiectiv. Prin urmare, un fascicul de lumină divergent care intră în lentilă din fantă iese din acesta într-un fascicul paralel și cade pe prismă.

Deoarece frecvențe diferite corespund indicilor de refracție diferiți, din prismă ies fascicule paralele, care nu coincid în direcție. Cad pe lentilă. La distanța focală a acestui obiectiv se află un ecran - sticlă mată sau

placă fotografică. Lentila focalizează fascicule paralele de raze pe ecran, iar în loc de o singură imagine a fantei se obține o serie întreagă de imagini. Fiecare frecvență (interval spectral îngust) are propria sa imagine. Toate aceste imagini împreună formează un spectru.

Instrumentul descris se numește spectrograf. Dacă în loc de a doua lentilă și ecran, se folosește un telescop pentru observarea vizuală a spectrelor, atunci instrumentul se numește spectroscop, așa cum este descris mai sus. Prismele și alte detalii ale dispozitivelor spectrale nu sunt neapărat făcute din sticlă. În loc de sticlă se folosesc și materiale transparente precum cuarțul, sarea gemă etc.

Tipuri de spectre

Compoziția spectrală a radiației substanțelor este foarte diversă. Dar, în ciuda acestui fapt, toate spectrele, după cum arată experiența, pot fi împărțite în mai multe tipuri:

Spectre continue. Spectrul solar sau spectrul luminii arcului este continuu. Aceasta înseamnă că toate lungimile de undă sunt reprezentate în spectru. Nu există discontinuități în spectru și o bandă continuă multicoloră poate fi văzută pe ecranul spectrografului.

Distribuția de frecvență a energiei, adică densitatea spectrală a intensității radiației, este diferită pentru diferite corpuri. De exemplu, un corp cu o suprafață foarte neagră radiază unde electromagnetice de toate frecvențele, dar curba de dependență a densității spectrale a intensității radiației de frecvență are un maxim la o anumită frecvență. Energia de radiație atribuită frecvențelor foarte mici și foarte înalte este neglijabilă. Pe măsură ce temperatura crește, densitatea spectrală maximă a radiației se deplasează către unde scurte.

Spectrele continue (sau continue), după cum arată experiența, dau corpuri care sunt în stare solidă sau lichidă, precum și gaze puternic comprimate. Pentru a obține un spectru continuu, trebuie să încălziți corpul la o temperatură ridicată.

Natura spectrului continuu și însuși faptul existenței sale sunt determinate nu numai de proprietățile atomilor radianți individuali, ci depind și în mare măsură de interacțiunea atomilor între ei.

Un spectru continuu este, de asemenea, produs de plasmă la temperatură înaltă. Undele electromagnetice sunt emise de plasmă în principal atunci când electronii se ciocnesc cu ionii.

Spectre de linii. Să introducem în flacăra palidă a unui arzător cu gaz o bucată de azbest înmuiată într-o soluție de sare obișnuită de masă.

Când se observă o flacără printr-un spectroscop, o linie galbenă strălucitoare clipește pe fundalul unui spectru continuu abia distins al flăcării. Această linie galbenă este dată de vaporii de sodiu, care se formează în timpul divizării moleculelor de clorură de sodiu într-o flacără. Fiecare dintre ele este o palisadă de linii colorate de luminozitate variabilă, separate de întuneric larg

dungi. Astfel de spectre sunt numite spectre de linii. Prezența unui spectru de linie înseamnă că substanța emite lumină doar de anumite lungimi de undă (mai precis, în anumite intervale spectrale foarte înguste). Fiecare linie are o lățime finită.

Spectrele de linii dau toate substanțele în stare gazoasă atomică (dar nu moleculară). În acest caz, lumina este emisă de atomi care practic nu interacționează între ei. Acesta este cel mai fundamental tip de spectre de bază.

Atomii izolați emit lungimi de undă strict definite. De obicei, spectrele de linii sunt observate folosind strălucirea vaporilor unei substanțe într-o flacără sau strălucirea unei descărcări de gaz într-un tub umplut cu gazul studiat.

Odată cu creșterea densității unui gaz atomic, liniile spectrale individuale se extind și, în final, cu o compresie foarte mare a gazului, atunci când interacțiunea atomilor devine semnificativă, aceste linii se suprapun, formând un spectru continuu.

Spectre cu dungi. Spectrul în dungi este format din benzi individuale separate prin goluri întunecate. Cu ajutorul unui aparat spectral foarte bun se poate

găsiți că fiecare bandă este o colecție de un număr mare de linii foarte apropiate. Spre deosebire de spectre de linie, spectrele în dungi sunt create nu de atomi, ci de molecule care nu sunt legate sau slab legate între ele.

Pentru a observa spectre moleculare, precum și pentru a observa spectre de linii, se folosește de obicei strălucirea vaporilor într-o flacără sau strălucirea unei descărcări de gaz.

Spectre de absorbție. Toate substanțele ai căror atomi sunt în stare excitată emit unde luminoase, a căror energie este distribuită într-un anumit fel pe lungimi de undă. Absorbția luminii de către o substanță depinde și de lungimea de undă. Astfel, sticla roșie transmite undele corespunzătoare luminii roșii și le absoarbe pe toate celelalte.

Dacă lumina albă este trecută printr-un gaz rece, neradiant, atunci apar linii întunecate pe fundalul spectrului continuu al sursei. Gazul absoarbe cel mai intens lumina exact acele lungimi de undă pe care o emite atunci când este foarte fierbinte. Liniile întunecate pe fundalul spectrului continuu sunt liniile de absorbție, care împreună formează spectrul de absorbție.

Există spectre de emisie continue, linie și în dungi și același număr de spectre de absorbție.

Spectrele de linii joacă un rol deosebit de important deoarece structura lor este direct legată de structura atomului. La urma urmei, aceste spectre sunt create de atomi care nu experimentează influențe externe. Prin urmare, familiarizându-ne cu spectrele de linii, facem astfel primul pas către studierea structurii atomilor. Prin observarea acestor spectre, oamenii de știință au obținut

capacitatea de a „privi” în interiorul atomului. Aici, optica intră în contact strâns cu fizica atomică.

Tipuri de analize spectrale

Principala proprietate a spectrelor de linie este că lungimile de undă (sau frecvențele) ale spectrului de linii ale unei substanțe depind numai de proprietățile atomilor acestei substanțe, dar sunt complet independente de metoda de excitare a luminiscenței atomilor. atomi

a oricărui element chimic oferă un spectru care nu este similar cu spectrele tuturor celorlalte elemente: ele sunt capabile să emită un set strict definit de lungimi de undă.

Analiza spectrală se bazează pe aceasta - o metodă pentru determinarea compoziției chimice a unei substanțe din spectrul acesteia. La fel ca amprentele umane, spectrele de linii au o personalitate unică. Unicitatea modelelor de pe pielea degetului ajută adesea la găsirea infractorului. În același mod, datorită individualității spectrelor, există

capacitatea de a determina compoziția chimică a corpului. Folosind analiza spectrală, puteți detecta acest element în compoziția unei substanțe complexe. Aceasta este o metodă foarte sensibilă.

Cunoscut în prezent următoarele tipuri analize spectrale - analiza spectrală atomică (ASA)(determină compoziția elementară a probei din spectrele de emisie și absorbție atomică (ionică)); emisie ASA(în funcție de spectrele de emisie ale atomilor, ionilor și moleculelor excitate de diverse surse de radiații electromagnetice în intervalul de la radiația g la microunde), absorbtie atomica SA(realizat în funcție de spectrele de absorbție a radiațiilor electromagnetice de către obiectele analizate (atomi, molecule, ioni ai unei substanțe în diferite stări de agregare)), fluorescență atomică SA, analiză spectrală moleculară (MSA) (compozitia moleculara substanțe prin spectre moleculare de absorbție, luminiscență și împrăștiere Raman a luminii.), calitate ISA(este suficient să se stabilească prezența sau absența liniilor analitice ale elementelor care se determină. Prin luminozitatea liniilor în timpul vizionării vizuale, se poate da o estimare aproximativă a conținutului anumitor elemente din eșantion), ISA cantitativ(realizat prin compararea intensităților a două linii spectrale din spectrul eșantionului, dintre care una aparține elementului de determinat, iar cealaltă (linia de comparație) elementului principal al probei, a cărui concentrație este cunoscută, sau elementul special introdus la o concentraţie cunoscută).

ISA se bazează pe o comparație calitativă și cantitativă a spectrului măsurat al probei de testat cu spectrele substanțelor individuale. În consecință, se face o distincție între ISA calitativ și cantitativ. În MSA sunt utilizate diferite tipuri de spectre moleculare, rotaționale [spectre în regiunile cu microunde și infraroșu cu undă lungă (IR)], vibrațional și vibrațional-rotațional [spectre de absorbție și emisie în regiunea IR mijlocie, spectre Raman, spectre de fluorescență IR ], electronice, electronice-vibraționale și electronice-vibraționale-rotaționale [spectre de absorbție și transmisie în regiunile vizibile și ultraviolete (UV), spectre de fluorescență]. ISA permite analiza cantităților mici (în unele cazuri, fracții mcgşi mai puţin) substanţe în diferite stări de agregare.

O analiză cantitativă a compoziției unei substanțe după spectrul său este dificilă, deoarece luminozitatea liniilor spectrale depinde nu numai de masa substanței, ci și de metoda de excitare a strălucirii. Astfel, la temperaturi scăzute, multe linii spectrale nu apar deloc. Cu toate acestea, în condiții standard pentru excitarea luminiscenței, poate fi efectuată și o analiză spectrală cantitativă.

Cea mai exactă dintre aceste analize este absorbtie atomica SA. Tehnica AAA este mult mai simplă în comparație cu alte metode, se caracterizează prin precizie ridicată în determinarea nu numai a concentrațiilor mici, dar și mari de elemente din probe. AAA înlocuiește cu succes laborios și lung metode chimice analiză, nu inferioare lor ca precizie.

Concluzie

În prezent, spectrele tuturor atomilor au fost determinate și au fost întocmite tabele de spectre. Cu ajutorul analizei spectrale s-au descoperit multe elemente noi: rubidiu, cesiu etc. Elementelor li s-au dat adesea nume după culoarea celor mai intense linii ale spectrului. Rubidiu dă linii roșu închis, rubin. Cuvântul cesiu înseamnă „albastru cerul”. Aceasta este culoarea liniilor principale ale spectrului de cesiu.

Cu ajutorul analizei spectrale au aflat compoziția chimică a Soarelui și a stelelor. Alte metode de analiză sunt în general imposibile aici. S-a dovedit că stelele sunt compuse din aceleași elemente chimice care se găsesc pe Pământ. Este curios că heliul a fost descoperit inițial în Soare și abia apoi găsit în atmosfera Pământului. Numele acestuia

element amintește de istoria descoperirii sale: cuvântul heliu înseamnă „însorit” în traducere.

Datorită simplității și versatilității sale relative, analiza spectrală este principala metodă de monitorizare a compoziției unei substanțe în metalurgie, inginerie mecanică și industria nucleară. Cu ajutorul analizei spectrale se determină compoziția chimică a minereurilor și mineralelor.

Compoziția amestecurilor complexe, în principal organice, este analizată prin spectrele lor moleculare.

Analiza spectrală poate fi efectuată nu numai din spectre de emisie, ci și din spectre de absorbție. Liniile de absorbție din spectrul Soarelui și stelelor fac posibilă studierea compoziției chimice a acestor corpuri cerești. Suprafața puternic luminoasă a Soarelui - fotosfera - oferă un spectru continuu. Atmosfera solară absoarbe selectiv lumina din fotosferă, ceea ce duce la apariția liniilor de absorbție pe fundalul spectrului continuu al fotosferei.

Dar însăși atmosfera Soarelui emite lumină. În timpul eclipselor de soare, când discul solar este acoperit de Lună, liniile spectrului sunt inversate. În loc de liniile de absorbție din spectrul solar, liniile de emisie clipesc.

În astrofizică, analiza spectrală este înțeleasă nu numai pentru a determina compoziția chimică a stelelor, norilor de gaz etc., ci și pentru a găsi multe

alte caracteristici fizice ale acestor obiecte: temperatura, presiunea, viteza, inducția magnetică.

Metodele expres ale ASA sunt utilizate pe scară largă în industrie, agricultură, geologie și multe alte domenii ale economiei și științei naționale. ASA joacă un rol semnificativ în tehnologia nucleară, producția de materiale semiconductoare pure, supraconductori etc. Mai mult de 3/4 din toate analizele din metalurgie sunt efectuate prin metode ASA. Cu ajutorul quantometrelor, se efectuează o procedură operativă (în interval de 2-3 min) control în timpul topirii în industriile cu focar deschis și convertoare. În geologie și explorare geologică, se efectuează aproximativ 8 milioane de analize pe an pentru evaluarea zăcămintelor. ASA este utilizat în protecția mediului și analiza solului, criminalistică și medicină, geologia fundului mării și cercetarea compoziției atmosferice superioare,

separarea izotopilor și determinarea vârstei și compoziției obiectelor geologice și arheologice etc.

Deci, analiza spectrală este utilizată în aproape toate domeniile majore ale activității umane. Astfel, analiza spectrală este unul dintre cele mai importante aspecte ale dezvoltării nu numai a progresului științific, ci și a standardului însuși al vieții umane.

Literatură

Zaidel A. N., Fundamentele analizei spectrale, M., 1965,

Metode de analiză spectrală, M, 1962;

Chulanovsky V. M., Introducere în analiza spectrală moleculară, M. - L., 1951;

Rusanov AK, Fundamentele analizei spectrale cantitative a minereurilor și mineralelor. M., 1971

Energia cheltuită de un corp luminos pentru radiații poate fi completată din diverse surse. Fosforul oxidat în aer strălucește datorită energiei eliberate în timpul transformării chimice. Acest tip de lumină se numește chemiluminiscență.

Strălucirea care apare în timpul diferitelor tipuri de descărcări independente de gaz se numește electroluminiscență. Strălucirea solidelor cauzată de bombardarea lor de către electroni se numește catod-luminiu și non-scenă. Emisia de radiații de către un corp cu o anumită lungime de undă λ 1 caracteristică acestuia poate fi cauzată de iradierea acestui corp (sau iradierea lui anterior) cu radiații cu o lungime de undă λ 2 mai mică de λ 1 . Astfel de procese sunt combinate sub denumirea de fotoluminiscență.

Să înconjurăm corpul radiant cu o înveliș impenetrabil cu o suprafață perfect reflectantă (Fig. 154). Scoateți aerul din carcasă. Radiația reflectată de coajă, căzând pe corp, va fi absorbită de acesta (parțial sau complet). În consecință, va exista un schimb continuu de energie între corp și radiația care umple învelișul. Dacă distribuția energiei între corp și radiație rămâne neschimbată pentru fiecare lungime de undă, starea sistemului de radiații corp va fi în echilibru. Experiența arată că singurul tip de radiație care poate fi în echilibru cu corpurile radiante este radiația termică. Toate celelalte tipuri de radiații sunt neechilibrate.

Capacitatea radiației termice de a fi în echilibru cu corpurile radiante se datorează faptului că intensitatea acesteia crește odată cu creșterea temperaturii. Să presupunem că echilibrul dintre corp și radiații (vezi Fig. 1) este perturbat și corpul emite mai multă energie decât absoarbe. Apoi energia internă a corpului va scădea, ceea ce va duce la scăderea temperaturii. Aceasta, la rândul său, va determina o scădere a cantității de energie emisă de organism. Temperatura corpului va scădea până când cantitatea de energie emisă de corp devine egală cu cantitatea de energie absorbită. Dacă echilibrul este perturbat în cealaltă direcție, adică cantitatea de energie radiată este mai mică decât este absorbită, temperatura corpului va crește până când echilibrul este restabilit. Astfel, un dezechilibru în sistemul corp-radiații determină apariția unor procese care restabilesc echilibrul.

Situația este diferită în cazul oricăruia dintre tipurile de luminiscență. Să arătăm acest lucru pe exemplul chemiluminiscenței. Atâta timp cât reacția chimică care provoacă radiația continuă, corpul radiant se îndepărtează din ce în ce mai mult de starea sa inițială. Absorbția radiațiilor de către organism nu va schimba direcția reacției, ci, dimpotrivă, va duce la o reacție mai rapidă (datorită încălzirii) în direcția inițială. Echilibrul se va stabili numai atunci când se epuizează întregul aport de substanţe care reacţionează şi se înlocuieşte luminiscenţa datorată proceselor chimice cu radiaţii termice.

Deci, dintre toate tipurile de radiații, doar radiația termică poate fi în echilibru. Legile termodinamicii se aplică stărilor și proceselor de echilibru. În consecință, radiația termică trebuie să se supună și unor legi generale care decurg din principiile termodinamicii. La luarea în considerare a acestor regularități ne întoarcem.

De asemenea, puteți găsi informații de interes în motorul de căutare științifică Otvety.Online. Utilizați formularul de căutare:

Portal pentru student. Autoinstruire

Radiația termică și luminiscența.

ARTICOLE SIMILARE