1、發(fā)射光譜:物質(zhì)發(fā)光直接產(chǎn)生的光譜
從實(shí)際觀察到的物質(zhì)發(fā)光的發(fā)射光譜可分為連續(xù)譜和線狀譜。
(1)連續(xù)譜:連續(xù)分布著的包含著從紅光到紫光的各種色光的光譜。
產(chǎn)生:是由熾熱的固體、液體、高壓氣體發(fā)光而產(chǎn)生的。
(2)線狀譜:只含有一些不連續(xù)的亮線的光譜,線狀譜中的亮線叫譜線。
產(chǎn)生:由稀薄氣體或金屬蒸氣(即處于游離態(tài)下的原子)發(fā)光而產(chǎn)生的,觀察稀薄氣體放電用光譜管,觀察金屬蒸氣發(fā)光可把含有該金屬原子的物質(zhì)放到煤氣燈上燃燒,即可使它們汽化后發(fā)光。
2、吸收光譜:高溫物體發(fā)出的白光通過物質(zhì)后,某些波長(zhǎng)的光波被物質(zhì)吸收后產(chǎn)生的光譜。
產(chǎn)生:由熾熱物體(或高壓氣體)發(fā)出的白光通過溫度較低的氣體后產(chǎn)生。
例如:讓弧光燈發(fā)出的白光通過低溫的鈉氣,可以看到鈉的吸收光譜。
若將某種元素的吸收光譜和線狀譜比較可以發(fā)現(xiàn):各種原子吸收光譜的暗線和線狀譜和亮線相對(duì)應(yīng),即表明某種原子發(fā)出的光和吸收的光的頻率是特定的,故吸收光譜和線狀譜中的暗線比線狀譜中的亮線要少一些。
3、光譜分析
各種元素的原子都有自己的特征譜線,如果在某種物質(zhì)的線狀譜或吸收譜中出現(xiàn)了若干種元素的特征譜線,表明該物質(zhì)中含有這種元素的成分,這種對(duì)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)組成的分析和鑒別的方法稱為光譜分析。
其優(yōu)點(diǎn):靈敏、快捷、檢查的最低量是10-10克。
4、光譜分析的應(yīng)用
(1)光譜分析在科學(xué)技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用,例如,在檢測(cè)半導(dǎo)體材料硅和鍺是不是達(dá)到高純度要求時(shí),就要用到光譜分析。
(2)歷史上,光譜分析還幫助人們發(fā)現(xiàn)了許多新元素,例如,銣和銫就是人們通過分析光譜中的特征譜線而發(fā)現(xiàn)的。
(3)利用光譜分析可以研究天體的物質(zhì)成分,19世紀(jì)初在研究太陽光譜時(shí),人們發(fā)現(xiàn)它的連續(xù)光譜中有許多暗線,通過仔細(xì)分析這些暗線,并把它們跟各種原子的特征譜線對(duì)照,人們知道了太陽大氣層中含有氫、氦、氮、碳、氧、鐵、鎂、硅、鈣、鈉等幾十種元素。
(4)光譜分析還能鑒定食品的優(yōu)劣。例如,通過分析茶葉的近紅外光譜,測(cè)定其各種化學(xué)成分的含量,就可以鑒定茶葉的優(yōu)劣、級(jí)別、真假以及品種等。
(5)用光譜分析還可以鑒定文物,例如:1978年在新石器時(shí)代遺址浙江省余姚縣河姆渡村,人們挖掘出一件木質(zhì)漆碗,器壁外涂有一層朱紅色的涂料,且微有光澤,借助光譜分析,鑒定出這種涂料與馬王堆出土的漆皮類似,因此漆工藝的歷史可追溯至7000年前。
5、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律
氫原子是自然界中最簡(jiǎn)單的原子,對(duì)它的光譜線的研究獲得的原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的信息,對(duì)于研究更復(fù)雜的原子的結(jié)構(gòu)有指導(dǎo)意義。
(1)氫原子的光譜
從氫氣放電管可以獲得氫原子光譜,如圖所示,氫原子的光譜為線狀譜。
(2)巴耳末公式:
n = 3,4,5…6、經(jīng)典理論的困難
按經(jīng)典理論原子是不穩(wěn)定的,原子發(fā)光的光譜應(yīng)為連續(xù)光譜,事實(shí)原子不但穩(wěn)定而且發(fā)光的光譜為線狀光譜。
(1)按照經(jīng)典物理學(xué),核外電子受到原子核的庫侖引力的作用,不可能是靜止的,它一定在以一定的速度繞核轉(zhuǎn)動(dòng),既然電子在運(yùn)動(dòng),它的電磁場(chǎng)就在變化,而變化的電磁場(chǎng)會(huì)激發(fā)電磁波,也就是說,它將自己繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的能量以電磁波的形式輻射出去,因此,電子繞核轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)系統(tǒng)是不穩(wěn)定的,電子會(huì)失去能量,最后一頭栽到原子核上,但是事實(shí)不是這樣,原子是個(gè)很穩(wěn)定的系統(tǒng)如圖所示。
(2)根據(jù)經(jīng)典電磁理論,電子輻射的電磁波的頻率,就是它繞核轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率,電子越轉(zhuǎn)能量越小,它離原子核就越來越近,轉(zhuǎn)得也就越來越快,這種變化是連續(xù)的,也就是說,我們應(yīng)該看到原子輻射的各種頻率(波長(zhǎng))的光,即原子的光譜應(yīng)該總是連續(xù)的,而實(shí)際上我們看到的是分立的線狀譜。
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