🗊Презентация Оптические атомные спектры

ОПТИЧЕСКИЕ АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ. Свет электромагнитное излучение, испускаемое нагретым до высокой температуры веществом (2000-3000 ),воспринимаемое человеческим глазом. Основным источником оптического излучения является Солнце его поверхность раскалена до температуры 6000 градусов и светит ярко жёлтым светом . Именно потому ,что мы родились возле этой звезды, этот участок элм излучения непосредственно воспринимается нашими органами чувств. Почти полтора века назад человечеству стало ясно ,что свет элм волна

В 1865 году англ . Физик Дж. Максвелл рассчитал теоретически скорость элм волн в вакууме и увидев то ,что она совпадает со скоростью распространения света в вакууме, он немедленно предположил,что свет и есть элм волна!! ,а частота её колебаний ν определяет свойства ,в первую очередь цвет!! Основными характеристиками элм излучения принято считать частоту ν и длину волны λ. Видимый свет элм излучение с длиной волны 380-760 нм, оптический диапазон включает

Ультрафиолетовое и ифракрасное излучение, с одной стороны он граничит с рентгеновским излучением с другой с микроволновым радиоизлучением

ОПТИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ИЗЛУЧЕНИЙ.

В 1913 г датский физик Нильс Бор предложил теорию атома водорода и водородоподобных атомов (постулаты Бора). Согласно первому постулату атом и атомные системы могут длительно пребывать !!только в определённых стационарных состояниях. Находясь в этих состояниях атом не излучает и не поглощает энергии. Стац. Состояния дискретны!!! Им соответствуют значения энергии Е1 Е2 Е3…… При переходе атома из одного состояния в другое атом испускает!! или поглощает!!

Фотон частоты (ню) ν ,энергия которого определяется разностью энергий Еi , Еk атомных состояний. h ν = Еi - Еk Переход из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией сопровождается излучением!!. Обратный процесс происходит при поглощении!!фотона. Теория Бора в своё время явилась триумфом развития атомной физики. Впервые, хотя для простейшей атомной системы , были раскрыты закономерности спектров.

Атомные спектры называют оптическими, если они лежат в ультрафиолетовом ( 100-400 нм), видимом (400-760нм) или инфракрасном ( 760нм и более……) диапазоне длин волн. Спектры возникают при квантовых переходах между энергетическими уровнями свободных атомов. Электроны в атомах могут находится в стационарных энергетических состояниях. В этих состояниях атомы не излучают и не поглощают энергии. Энергетические состояния схематически изображают в виде уровней. Число электронов в атоме ограниченно, при отсутствии внешних воздействий они заполняют только часть возможных энергетических уровней с наименьшей энергией. Т.О. оказываются заполненными только нижние электронные уровни, тогда как верхние остаются свободными. Состояние атома с возможной минимальной энергией называют основным !!!

ЕСЛИ АТОМ ПОЛУЧАЕТ ЭНЕРГИЮ ( ПРИ ПОГЛОЩЕНИИ КВАНТА СВЕТА), ТО МОЖЕТ ПРОИЗОЙТИ ПЕРЕХОД КАКОГО-ЛИБО ЭЛЕКТРОНА С ЗАПОЛНЕННОГО НА БОЛЕЕ ВЫСОКИЙ СВОБОДНЫЙ УРОВЕНЬ. ПОГЛОЩЕНИЕ КВАНТА ВОЗМОЖНО ПРИ УСЛОВИИ ,ЕСЛИ ЭНЕРГИЯ РАВНА РАЗНОСТИ ЭНЕРГИИ КАКОГО-ЛИБО СВОБОДНОГО ЭЛЕКТРОННОГО УРОВНЯ И ЗАПОЛНЕННОГО

Возбуждённые атомы стремятся перейти в состояние с наименьшей энергией. Поэтому происходят спонтанные квантовые переходы, с испусканием квантов света ,энергия которых определяется формулой Планка. Возбуждённые атомы стремятся перейти в состояние с наименьшей энергией. Поэтому происходят спонтанные квантовые переходы, с испусканием квантов света ,энергия которых определяется формулой Планка. Оптические атомные спектры испускания получают от возбуждённых атомов. Атомные спектры в результате квантования энергии электронов состоят из отдельных линий !! поглощения или испускания. В качестве простого примера рассмотрим спектр атомов водорода и водородоподобных ионов. Теоретически получены формулы для частоты света, излучаемого (поглощаемого) атомами водорода (Z=1): ** =

Где i и k – порядковые номера уровней, между которыми происходит переход. Эта формула была получена на основании эксперимента Бальмером еще задолго до создания квантовой механики и теоретически обоснована Нильс Бором. Где i и k – порядковые номера уровней, между которыми происходит переход. Эта формула была получена на основании эксперимента Бальмером еще задолго до создания квантовой механики и теоретически обоснована Нильс Бором. В спектре можно выделить группы линий!!, называемые спектральными сериями. Каждая серия, применительно к спектрам испускания, соответствует переходам с различных уровней на один и тот же конечный. В ультрафиолетовой области находятся линии серии Лаймана, которая образуется при переходе с верхних энергетических уровней на самый нижний, основной. Из формулы **для серии Лаймана получаем ni= 2, 3, 4….. Т.е. находим частоты!! всех линий этой серии. Самая длинноволновая линия имеет наибольшую интенсивность.

В видимой и близкой ультрафиолетовой областях спектра расположена серия Бальмера, которая возникает вследствие переходов с верхних энергетических уровней на второй. Для серии Бальмера получаем : В видимой и близкой ультрафиолетовой областях спектра расположена серия Бальмера, которая возникает вследствие переходов с верхних энергетических уровней на второй. Для серии Бальмера получаем : ni= 3, 4, 5…..

В инфракрасной области находится серия Пашена, которая возникает при переходах с верхних энергетических уровней на третий. Из формулы** для серии Пашена следует: В инфракрасной области находится серия Пашена, которая возникает при переходах с верхних энергетических уровней на третий. Из формулы** для серии Пашена следует:

Атомные спектры называют оптическими, если они лежат в ультрафиолетовом ( 100-400 нм), видимом (400-760нм) или инфракрасном ( 760нм и более……) диапазоне длин волн. Спектры возникают при квантовых переходах между энергетическими уровнями свободных атомов. Электроны в атомах могут находится в стационарных энергетических состояниях. В этих состояниях атомы не излучают и не поглощают энергии. Энергетические состояния схематически изображают в виде уровней. Число электронов в атоме ограниченно, при отсутствии внешних воздействий они заполняют только часть возможных энергетических уровней с наименьшей энергией. Т.О. оказываются заполненными только нижние электронные уровни, тогда как верхние остаются свободными. Состояние атома с возможной минимальной энергией называют основным !!!

Если атом получает энергию ( при поглощении кванта света), то может произойти переход какого-либо электрона с заполненного на более высокий свободный уровень. Поглощение кванта возможно при условии ,если энергия равна разности энергии какого-либо свободного электронного уровня и заполненного

Возбуждённые атомы стремятся перейти в состояние с наименьшей энергией. Поэтому происходят спонтанные квантовые переходы, с испусканием квантов света ,энергия которых определяется формулой Планка. Оптические атомные спектры испускания получают от возбуждённых атомов. Атомные спектры в результате квантования энергии электронов и в соответствии с формулой (23.31) состоят из отдельных линий поглощения или испускания. рассмотрим спектр атомов водорода и водородоподобных ионов. теоретически получены формулы для частоты света, излучаемого атомом водорода (Z=1):

ЛИНЕЙЧАТЫЕ АТОМАРНЫЕ СПЕКТРЫ. Атомные спектры, оптические спектры, получающиеся при испускании или поглощении элм излучения свободными или слабо связанными атомами (, в газах или парах). Являются линейчатыми !, то есть состоят из отдельных спектральных линий, характеризуемых частотой излучения v !, которая соответствует квантовому переходу между уровнями энергии Ei и Ek атома согласно соотношению: hv = Ei-Ek где h-постоянная Планка. Спектральные линии можно характеризовать также длиной волны = c/v (с - скорость света), волновым числом = v/c и энергией фотона hv.

Частоты спектральных линий выражают в с -1 (герц), длины волн - в нм и мкм, а также в А, волновые числа - в см -1, энергии фотонов - в эВ (электрон-вольт). Типичные атомные спектры наблюдаются в видимой, УФ- и ближней ИК-областях спектра. Спектры испускания, или эмиссионные, получают при возбуждении атомов различными способами (фотонами, электронным ударом и т.д.), спектры поглощения, или абсорбционные, - при прохождении электромагнитного излучения, обладающего непрерывным спектром, через атомарные газы или пары. Для наблюдения атомных спектров применяют приборы с фотографической или фотоэлектрической регистрацией

ЛИНЕЙЧАТЫЕ ,АТОМАРНЫЕ СПЕКТРЫ. Вид спектра зависит как от электронного строения данного атома, так и от внешних условий - температуры, давления, напряженностей эл и магнитного полей и т. п. В зависимости от способа возбуждения атома могут возникать отдельные линии спектра, некоторые его участки, весь спектр нейтрального атома. Положение линий в таких спектрах подчиняется определенным закономерностям, которые наиболее просты для атомов с одним внешним электроном, то есть для атома Н и нейтральных атомов щелочных металлов. В спектрах таких атомов наблюдаются спектральные серии, каждая из которых (в случае спектров испускания) получается при возможных квантовых переходах с последовательных вышележащих уровней энергии на один и тот же нижележащий (в спектрах поглощения – при обратных переходах).

Для атома Н волновые числа линий всех серий с большой точностью определяются формулой Бальмера: где пk и ni - значения главного квантового числа для уровней энергии, между которыми происходит квантовый переход, причем nk, характеризующее нижний уровень энергии, определяет серию, а ni - ее отдельные линии (при получается граница серии); R-постоянная Ридберга. Аналогичные серии наблюдаются и в спектрах водородоподобных атомов, однако значения волновых чисел для спектральных линий ионов Не+ , Li2+, ... в Z2 раз (Z - пoрядковый номер элемента) больше, чем для соответствующих линий атома Н.

Спектры атомов щелочных металлов, имеющих один электрон на внешней эл оболочке, схожи со спектром Н, но смещены в область меньших частот; число спектр. линий в них увеличивается, а закономерности в расположении линий усложняются. Пример - спектр Na, атом которого имеет электронную конфигурацию Is22s22p63s с легковозбуждаемым внешним электроном 3s. Переходу этого электрона из состояния Зр в состояние 3s соответствует желтая линия Na (дублет = 589,0 нм и = 589,6 нм); это - наиболее яркая линия, с которой начинается, главная серия Na. Линии этой серии в спектре испускания соответствуют переходам из состояний Зр, 4р, 5р> ... в состояние 3s.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА. Поглощение света—уменьшение интенсивности оптического излучения при прохождении через какую-либо среду,за счёт взаимодействия с ней,в результате которого световая энергия переходит в др. виды энергии, или в оптическое излучение др. спектрального состава. Основным законом п.с., Связывающим интенсивность I пучка света ,прошедшего слой поглощающей среды толщиной l ,с интенсивностью падающего пучка I является закон Бугера I=I0 exp(- kλ L)

Не зависящий от интенсивности света коэфф. Кλ,называют показателем поглощения, причём Кλ различен для различных длин волн. Этот закон был экспериментально установлен Бугером(P.Bouguer 1729) и впоследствии теоретически выведен Ламбертом (J.Lambert 1760),при очень простых предположениях, что при прохождении любого слоя вещества интенсивность светового потока уменьшается !!! на определённую долю ,зависящую только от Кλ и толщины слоя l.

ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ Люминесценцией называют излучение Света!! телами ,избыточное над тепловым при той же температуре и имеющее длительность более 10 (в степени -10) сек. Л. Обычно наблюдается в видимой и уф областях спектра. Оптическое излучение в этой области возникает только при температурах в несколько сотен или тысяч !! градусов, тогда как л. наблюдается при любых температурах, поэтому л. часто называют холодным свечением. Это излучение может быть вызвано освещением вещества видимым светом,уф,

рентгеновским излучением, бомбардировкой вещества электронами, а также некоторыми хим . реакциями в веществе. Люм. излучение имеет локальный характер, т.е. оно испускается сравнительно небольшим числом атомов вещества. Люм. Связана с переходом ,излучающих свет атомов , молекул и ионов в возбуждённое состояние. Последующее их возвращение в нормальное или менее возбуждённое состояние сопровождается испусканием света Люм. под действием света наз. Фотолюмин.

ЗАКОНЫ ЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ. Свет фотолюминесценции, как правило , имеет большую длину волны, чем возбуждающий свет (правило Стокса) Спектр люминесценции сдвинут в длиноволновую область относительно спектра поглощения (графически!!) Флуоресцентные зонды, метки самостоятельно!!!