Die Emission und Absorption von Licht durch Atom. Der Ursprung der Linienspektren
Dieser Artikel enthält die grundlegenden Konzepte notwendig zu verstehen, wie die Emission und Absorption von Licht durch Atom. Es wird auch die Verwendung dieser Phänomene beschrieben.
Smartphone und Physik
Der Mann, der nach 1990 geboren wurde, sein Leben ohne eine Vielzahl von elektronischen Geräten kann nicht liefern. Das Smartphone ersetzt nicht nur das Telefon, sondern macht es auch möglich, die Wechselkurse zu überwachen, zu tätigen, ein Taxi zu rufen und sogar mit den Astronauten an Bord der ISS, die durch ihre Anwendung entsprechen. Beziehungsweise, und von all den digitalen Assistenten als Selbstverständlichkeit wahrgenommen. Die Emission und Absorption von Licht durch Atome, die machen und ermöglicht die Ära der alle Arten von Geräten zu reduzieren, damit die Leser ein langweiliges Thema in der Physik-Unterricht erscheinen wird. Aber dieser Zweig der Physik eine Menge interessanter und spannender.
Theoretischer Hintergrund für die Öffnung der Spektren
Es gibt ein Sprichwort: „Die Neugier vor dem Fall“ Aber dieser Ausdruck eher auf die Tatsache, dass die falsche Beziehung besser ist, nicht zu stören. Wenn jedoch die Neugier auf die Welt zeigen, nichts falsch wird nicht passieren. Am Ende des neunzehnten Jahrhunderts begann man , die zu verstehen , die Natur des Magnetismus (die auch im System der Maxwell-Gleichungen dokumentiert ist). Die nächste Frage, die Wissenschaftler ermöglichen würde, wurde die Struktur der Materie. Es ist notwendig, sofort zu klären: für die Wissenschaft nicht sehr wertvoll Emission und Absorption von Licht durch Atom ist. Linienspektren – ist eine Folge dieses Phänomens und die Grundlage für die Untersuchung der Struktur der Materie.
Struktur des Atoms
Wissenschaftler im antiken Griechenland deuten darauf hin, dass der Marmor aus mehreren Stücken aus unteilbaren aufgebaut ist „Atome“. Und vor dem Ende des neunzehnten Jahrhunderts, die Menschen dachten, es die kleinsten Teilchen der Materie war. Aber die Erfahrung von Rutherford auf der Ausbreitung von schweren Teilchen auf der Goldfolie hat gezeigt, dass das Atom auch eine innere Struktur aufweist. Schwerer Kern ist in der Mitte und positiv geladene, leicht negative Elektronen kreisen um ihn.
Paradoxien der Atome innerhalb der Theorie Maxwell
Diese Erkenntnisse haben zu mehreren Paradoxien gegeben: nach Maxwell-Gleichungen, eine in Bewegung befindliche geladene Teilchen emittiert ein elektromagnetisches Feld, daher verliert Energie. Warum also haben die Elektronen nicht in den Kern fallen, und weiter drehen? Es war auch nicht klar, warum jedes Atom absorbiert oder emittiert Photonen einer bestimmten Wellenlänge nur. Bohrs Theorie machte es möglich, die Defekte zu heilen durch Orbitale eingeben. Nach den Lehren dieser Theorie können die Elektronen um den Kern nur auf diesen Orbitalen sein. Der Übergang zwischen den beiden Nachbarstaaten wird entweder durch die Emission oder Absorption eines Photons mit einer bestimmten Energie begleitet. Die Emission und Absorption von Licht durch Atom Gerade weil dieser.
Wellenlänge, Frequenz, Energie
Für ein vollständigeres Bild benötigen Sie ein wenig über Photonen zu sprechen. Dies sind Elementarteilchen, die keine Ruhemasse haben. Sie existieren nur so lange, wie durch die Umgebung bewegen. Aber das Gewicht noch haben: die Oberfläche fällt, sie übertragen sie einen Impuls, der ohne die Masse nicht möglich gewesen wäre. Nur eine Menge davon in Energie umgewandelt, so dass der Stoff, aus dem sie getroffen und sie absorbiert werden, ein wenig wärmer. Bohrs Theorie erklärt nicht, diese Tatsache. Die Eigenschaften des Photons und die Merkmale seines Verhaltens wird durch die Quantenphysik beschrieben. Also, das Photon – sowohl Welle und Teilchen mit Masse. Photon, und wie eine Welle hat die folgenden Eigenschaften: eine Länge (λ), eine Frequenz (ν), Energie (E). Je länger die Wellenlänge ist, desto niedriger ist die Frequenz, und desto geringer ist die Energie.
Das Spektrum eines Atoms
Das Atomspektrum wird in mehreren Stufen gebildet ist.
- Elektronische Schalter im Atom mit Orbital 2 (höherer Energie) auf die Orbital 1 (mit niedriger Energie weniger).
- Bestimmte Menge an Energie freigesetzt wird, die als ein Lichtquant (hv) gebildet wird.
- Das Photon wird in den umgebenden Raum emittiert werden .
So ist es Spektrum Atom erhalten und Linie. Warum ist es so genannt wird, erklärt seine Form, wenn spezielle Geräte „fangen“ die abgehenden Lichtphotonen auf einem Aufzeichnungsgerät festgelegte Anzahl von Zeilen. Um Photonen unterschiedlicher Wellenlängen zu trennen, die durch die Beugungserscheinung Wellen mit unterschiedlichen Frequenzen verwendet werden, haben unterschiedliche Brechungsindex, also eine weitere abgelenkten als die andere.
Eigenschaften von Stoffen und Spektren
Das Linienspektrum der Substanz ist für jede Art von Atomen, einzigartig. Das heißt, bei der Emission von Wasserstoff wird einen Satz von Linien geben und Gold – andere. Diese Tatsache ist die Grundlage für die Anwendung der Spektroskopie. Nachdem das Spektrum etwas erhalten, kann man verstehen, was in der Substanz ist, in seiner Atome in Bezug zueinander angeordnet sind. Diese Methode ermöglicht es Ihnen, zu definieren und die verschiedenen Eigenschaften der Materialien, die oft Chemie und Physik verwendet. Absorption und Emission von Licht durch Atom – eines der am häufigsten verwendeten Werkzeugen für die Untersuchung der umgebenden Welt.
Nachteile Emissionsspektren
Bis zu diesem Punkt sagt mehr darüber, wie Atome emittieren. Aber in der Regel sind alle Elektronen in Orbitalen in ihrem Gleichgewichtszustand, sie haben keinen Grund zu anderen Staaten zu bewegen. Der Stoff ist etwas abgelehnt, muss er zunächst die Energie absorbiert. Dieser Mangel an einem Verfahren, das die Absorption und die Emission von Licht Atom ausnutzt. Kurz gesagt, dass die erste Materie oder Licht in Wärme, bevor wir das Spektrum erhalten. Probleme werden nicht auftreten, wenn ein Wissenschaftler die Sterne zu studieren und so ihre eigenen internen Prozesse, die sie durchscheinen. Aber wenn Sie ein Stück Erz oder Nahrungsmittelprodukt studieren wollen, um das Spektrum zu erreichen, ist es tatsächlich notwendig ist, zu verbrennen. Diese Methode ist nicht immer der Fall.
Absorptionsspektren
Emission und Absorption von Licht durch Atom als Verfahren „arbeiten“ in den beiden Seiten. Sie können ein Licht auf Substanz Breitband Glanz (dh eine, in der es Photonen unterschiedlicher Wellenlängen), und dann sehen, was Längen Welle absorbieren. Aber diese Methode geeignet ist, nicht immer sicher sein, dass das Material auf den gewünschten Teil der elektromagnetischen Skala transparent ist.
Qualitative und quantitative Analyse
Es wurde deutlich, dass Spektren eindeutig für jede Substanz. Der Leser kann schließen, daß diese Analyse nur das Material zu bestimmen, verwendet wird, aus dem er hergestellt ist. Allerdings ist die mögliche Reichweite viel breiter. Anzahl der Atome in der Verbindung kann mit Hilfe spezieller Techniken Breite Untersuchung und Erkennung und Intensität der resultierenden Linien eingestellt werden. Darüber hinaus kann diese Anzeige in verschiedenen Einheiten ausgedrückt werden:
- Prozentsatz (beispielsweise diese Legierung enthält 1% Aluminiumoxid);
- in Mol (in dieser Flüssigkeit 3 Mol Natriumchlorid);
- in Gramm (vorhanden in der Probe von 0,2 g von Uran und Thorium 0,4 Gramm).
Manchmal ist die Analyse gemischt: sowohl qualitative als auch quantitative. Aber während Physiker Lage der Linien auswendig gelernt, und bewerten ihre Schatten mit Hilfe von speziellen Tabellen, aber jetzt ist es alles macht das Programm.
Die Nutzung des Frequenzspektrums
Wir haben bereits im Detail, was die Emission und Absorption von Licht durch Atom diskutiert. Die Spektralanalyse ist sehr weit verbreitet. Es gibt keinen Bereich der menschlichen Tätigkeit, unabhängig davon, wo wir das Phänomen erwägen verwendet. Hier sind einige von ihnen:
- Zu Beginn dieses Artikels, sprachen wir über Smartphones. Silizium-Halbleiter-Elemente sind so klein, unter anderem durch Forschungs Kristalle mit Spektralanalyse werden.
- Wenn jeder Vorfall ist es die Einzigartigkeit der Elektronenhülle eines jeden Atoms, welche Art von Kugel bestimmt feuerte zuerst, warum das Auto brach Rahmen oder Turmkran, sowie einige Gift vergiftet Menschen und wie viel Zeit er im Wasser verbracht.
- Medizin verwendete Spektralanalyse zu ihrem Vorteile am häufigsten in Bezug auf Körperflüssigkeiten, aber es kommt vor, dass dieses Verfahren auf das Gewebe aufgebracht wird.
- Ferne Galaxien, kosmische Gaswolken, Planeten vor den Sternen – all dies wird durch das Licht und seine Zerlegung in Spektren untersucht. Wissenschaftler wissen, die Zusammensetzung dieser Objekte, deren Geschwindigkeit und die Prozesse, die aufgrund der Tatsache, in ihnen vorkommen, dass sie die Photonen erfassen und analysieren, können sie emittieren oder absorbieren.
elektromagnetische Skala
Vor allem achten wir auf sichtbares Licht. Aber auf der elektromagnetischen Skala ist dieses Segment sehr klein. Die Tatsache, dass das menschliche Auge nicht viel breite sieben Farben des Regenbogens nicht beheben. Kann emittieren und absorbieren nicht nur sichtbare Photonen (λ = 380-780 nm), aber auch andere Photonen. Elektromagnetische Skala umfasst:
- Radiowellen (λ = 100 km) übertragen Informationen über weite Entfernungen. Aufgrund der sehr großen Wellenlänge, ist ihre Energie sehr gering. Sie sind sehr leicht absorbiert.
- Terahertzwelle (λ = 1-0,1 mm) bis vor kurzem war nicht leicht erhältlich. Bisher beinhaltet ihre Reichweite von Funkwellen, aber nun dieses Segment der elektromagnetischen Waage ist in einer separaten Klasse zugeordnet.
- Infrarot-Wellenlänge (λ = 0,74-2000 & mgr; m) Wärmeübertragung. Feuer, Licht, Sonne strahlt sie in Hülle und Fülle.
Sichtbares Licht, das wir überprüft, so dass mehr Details über sie nicht schreiben.
Ultraviolett – Wellenlänge (λ = 10-400 nm) lethal für die Menschen im Überschuß, aber ihr Nachteil ist unumkehrbar. Unser Zentralgestirn gibt eine Menge von UV-Licht und die Atmosphäre der Erde behält das meiste davon.
Röntgenstrahlen und Gammastrahlen (λ <10 nm) einen gemeinsamen Bereich, aber unterscheiden sich in Herkunft. Zu erhalten, sie ist es notwendig, Elektronen oder Atome zu zerstreuen auf sehr hohe Geschwindigkeiten. Labor für die Menschen in der Lage sind, aber in der Natur eines solchen Kraft treten nur im Inneren von Sternen oder die Kollisionen von massiven Objekten. Ein Beispiel für das letztere Verfahren kann als Sternexplosionen, die Absorption des Sterns durch ein schwarzes Loch, das Aufeinandertreffen von zwei Galaxien und Galaxien und massive Gaswolken dienen.
Elektromagnetische Wellen aller Bereiche, nämlich ihre Fähigkeit, durch Atome emittiert und absorbiert werden, sind in der menschlichen Aktivität verwendet. Unabhängig von der Tatsache, dass der Leser hat sich dafür entschieden (oder nur zu wählen) als sein Lebenswege, denen er sich sicherlich mit den Ergebnissen der spektralen Studien. Der Verkäufer bietet einen modernen Zahlungsterminal, denn sobald die Wissenschaftler die Eigenschaften von Substanzen untersucht und einen Mikrochip geschaffen. Agrar befruchtet die Felder und sammelt hohe Erträge sind jetzt nur, weil einmal ein Geologe in einem Stück Phosphor Erz entdeckt. Sie trägt helle Kleidung nur mit der Erfindung von persistenten chemischen Farbstoffen.
Aber wenn der Leser wünscht, sein Leben mit der Welt der Wissenschaft zu verbinden, haben Sie viel mehr als die grundlegenden Konzepte des Prozesses der Emission und Absorption von Photonen des Lichts in Atomen zu studieren.