КАКЪВ Е ЕМИСИОННИЯТ СПЕКТЪР? (С ПРИМЕРИ) - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

В спектъра на емисиите е спектъра на дължини на вълните на светлината, излъчвана от атоми и молекули при извършване на преход между две състояния на енергия. Бялата светлина или видимата светлина, поразяваща призмата, се разпада на различни цветове със специфични дължини на вълната за всеки цвят. Полученият модел от цветове е видимият радиационен спектър на светлината, наречен спектър на излъчване.

Атомите, молекулите и веществата също имат емисионен спектър, дължащ се на излъчването на светлина, когато те абсорбират необходимото количество енергия отвън, за да преминат между две енергийни състояния. Преминавайки тази светлина през призмата, тя се разпада на спектрални цветни линии с различни дължини на вълната, специфични за всеки елемент.

Значението на емисионния спектър е, че той позволява да се определи състава на неизвестни вещества и астрономически обекти чрез анализ на техните спектрални линии, използвайки техники на емисионна спектроскопия.

След това се обяснява от какво се състои емисионният спектър и как се тълкува, споменават се някои примери и разликите между емисионния спектър и абсорбционния спектър.

Какво представлява емисионният спектър?

Атомите на даден елемент или вещество имат електрони и протони, които се държат заедно от електромагнитната сила на привличане. Според модела на Бор електроните са подредени по такъв начин, че енергията на атома е възможно най-ниска. Това ниво на енергийна енергия се нарича основно състояние на атома.

Когато атомите придобият енергия отвън, електроните се движат към по-високо енергийно ниво и атомът променя своето основно състояние във възбудено състояние.

В възбудено състояние времето на пребиваване на електрона е много кратко (≈ 10-8 s) (1), атомът е нестабилен и се връща в основното състояние, преминавайки през междинни енергийни нива, ако е така.

Фигура 1. а) Емисия на фотон поради прехода на атома между енергията на възбуждане и основното енергийно ниво. б) излъчване на фотони поради прехода на атома между междинните енергийни нива.

В процеса на преход от възбудено състояние в основно състояние, атомът излъчва фотон светлина с енергия, равна на разликата в енергията между двете състояния, като е пряко пропорционална на честотата, наблюдавана обратно пропорционална на дължината на вълната λ.

Излъченият фотон е показан като ярка линия, наречена спектрална линия (2), а разпределението на спектралната енергия на колекцията от излъчени фотони при преходите на атома е емисионният спектър.

Интерпретация на емисионния спектър

Някои от преходите на атома са причинени от повишаване на температурата или от наличието на други външни източници на енергия, като лъч светлина, поток от електрони или химическа реакция.

Ако газ като водород се постави в камера при ниско налягане и електрически ток се пропуска през камерата, газът ще излъчва светлина със собствен цвят, който я отличава от другите газове.

Преминавайки излъчената светлина през призма, вместо да се получи дъга от светлина, се получават дискретни единици под формата на цветни линии със специфични дължини на вълната, които носят дискретни количества енергия.

Линиите на емисионния спектър са уникални във всеки елемент и използването му от техниката на спектроскопия позволява да се определи елементният състав на неизвестно вещество, както и състава на астрономическите обекти, чрез анализ на дължините на вълните на излъчените фотони. по време на прехода на атома.

Разлика между емисионния спектър и абсорбционния спектър.

При процесите на абсорбция и емисия атомът има преходи между две енергийни състояния, но в абсорбцията той печели енергия отвън и достига състоянието на възбуждане.

Спектралната линия на излъчване е противоположна на непрекъснатия спектър на бялата светлина. В първия спектралното разпределение се наблюдава под формата на ярки линии, а във второто се наблюдава непрекъсната лента от цветове.

Ако лъч бяла светлина удари газ като водород, затворен в камера при ниско налягане, само част от светлината ще бъде погълната от газ, а останалата част ще бъде предадена.

Когато предаваната светлина преминава през призмата, тя се разпада на спектрални линии, всяка с различна дължина на вълната, образувайки абсорбционния спектър на газа.

Абсорбционният спектър е напълно противоположен на емисионния спектър и също е специфичен за всеки елемент. При сравняване на двата спектъра на един и същ елемент се забелязва, че емисионните спектрални линии са тези, които липсват в абсорбционния спектър (Фигура 2).

Фигура 2. а) Емисионен спектър и б) Спектър на абсорбция (Автор: Stkl. Източник:

Примери за емисионни спектри на химични елементи

а) Спектралните линии на водородния атом във видимата област на спектъра са червена линия 656.3 nm, светлосиня 486.1nm, тъмносиня 434nm и много бледо виолетово 410nm. Тези дължини на вълната са получени от уравнението на Балмер - Ридберг в неговата съвременна версия (3).

е числото на вълната на спектралната линия

е константа на Райдберг (109666.56 cm-1)

е най-високото ниво на енергия

е най-високото ниво на енергия

Фигура 3. Емисионен спектър на водород (Автор: Adrignola. Източник: commons.wikimedia.org

б) Емисионният спектър на хелия има две серии от основните линии, едната във видимия регион, а другата близо до ултравиолетовата. Питърсън (4) използва модела на Бор за изчисляване на серия от хелиеви емисионни линии във видимата част на спектъра в резултат на няколко едновременни прехода на два електрона в състояние n = 5 и получени стойности на дължината на вълната в съответствие с експерименталните резултати. Получените дължини на вълната са 468.8nm, 450.1nm, 426.3nm, 418.4nm, 412.2nm, 371.9nm.

в) Емисионният спектър на натрия има две много ярки линии от 589 nm и 589.6nm, наречени D линии (5). Другите линии са много по-слаби от тези и за практически цели се счита, че цялата натриева светлина идва от линиите D.

Препратки

1. Измерване на живота на възбудени състояния на водородния атом. В. А. Анкудинов, С. В. Бобашев и Е. П. Андреев. 1, 1965, Съветска физика JETP, том 21, с. 26-32.
2. Demtröder, W. Лазерна спектроскопия 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur и. Атом, лазер и спектроскопия. New Delhi: Phi Learning, 2010.
4. Bohr Revisited: Модел испектрални линии на хелий. Peterson, C. 5, 2016, Списание за млади следователи, том 30, с. 32-35.
5. Списание за химическо образование. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington и S. Jacobs. 3, 1993, том 70, с. 250-251.