18.Неперервний та лінійчатий спектри. Спектри поглинання та випромінювання. Спектральний аналіз та його застосування.

Спектри випромінювання

Світло сонця, електричної дуги чи лампочки розжарювання розкладаються в суцільну різнобарвну смужку з безперервним переходом одного спектрального кольору в інший, тобто виникає неперервний спектр. Непевність спектра свідчить про те, що в сонячному світі присутні коливання всіх можливих частот (довжин хвиль).

Досліди показують що неперервний спектр випромінює розжарені тверді і рідкі тіла. Гази можуть випромінювати непевний спектр тоді, коли вони перебувають під досить великим тиском. Ця обставина свідчить про те, що існування непевного спектра обумовлено не тільки властивостями окремих випромінюючих атомів, а дуже залежать від взаємодії атомів між собою.

Бліде полум‘я газового паяльника чи спиртівки дає ледь помітний непевний спектр. Внесемо в це полум‘я шматочок азбесту, змоченого розчином кухонної солі. На фоні ледь помітного неперервного спектра полум‘я спалахує яскрава жовта лінія. Речовина, випаровуючись у полум‘ї пальника, дають спектр у вигляді кольорових ліній різної яскравості, розділених широкими смугами. Такі спектри називаються лінійчатими.

Вивчення лінійчатих спектрів різних речовин показало, що лінійчаті спектри випромінюють всі речовини в газоподібному атмосферному стані, причому кожен хімічний елемент дає свій лінійчатий спектр, який не збігається зі спектрами інших елементів.

Спектри поглинання

Якщо біле світло пропустити крізь таку речовину, а потім спрямувати на стінку спектроскопа, то в суцільному спектрі білого світла з‘являються темні лінії або смуги поглинання.

Такий спектр називають спектром поглинання. Для різних речовин вигляд спектра поглинання буде різним – темні смуги чи лінії поглинання виникають у різних місцях суцільного спектра, мають неоднакову речовину.

Дістанемо знову спектр на екрані у вигляді яскравої жовтої смуги. Потім через полум‘я паяльника спрямовуємо на призму пучок світла від проекційного ліхтаря. Тепер за наявності в полум‘ї паяльника кухонної солі, на екрані видно непевний спектр електричної дуги з темною лінією якраз у тому місці, де була яскрава жовта лінія натрію. Виникнення цієї лінії пояснюється тим, що атоми натрію з усіх променів електричної дуги поглинають лише ті, які самі здатні випромінювати.

Пара чи гази поглинають проміння лише тих довжин хвиль, які вони самі можуть випромінювати.

Саме за спектрами поглинання сонця і зір можна досліджувати хімічний склад цих небесних тіл. Поверхня Сонця, яка яскраво світиться, - фотосфера з температурою близько 6000⁰ С дає непевний спектр. Атмосфера Сонця поглинає із суцільного спектра фотосфери світло певних частот, що веде до появи майже 20000 ліній поглинання на фоні непевного спектра фотосфери. За цими лініями поглинання було встановлено, що в хромосфері сонця є водень, кальцій, натрій залізо та інші хімічні елементи.

Під час сонячних затемнень, коли видно тільки сонячну корону, відбувається “обертання” ліній спектра. На місці ліній поглинання в спектрі фотосфери спалахують лінії випромінювання в спектрі корони.

Спектроскоп

Дисперсія світла в прозорій призмі дає можливість дослідити спектральний склад випромінювання різних речовин. Для точного дослідження спектрів використовуються спектральні апарати – прилади, які дають чіткий спектр, тобто прилади, які добре розділяють хвилі різної довжини і не допускають перекривання окремих ділянок спектра.

Розглянемо будову найпростішого спектрального апарата – спектроскопа. Від щілини коліматора, розміщеного у фокусі коліматорної лінзи, на лінзу падає розбіжний пучок світла, заломлюючись у коліматорній лінзі цей пучок перетворюється на паралельний і падає на призму. Змінивши напрями у призмі, промені виходять так, що паралельними один одному залишаються лише промені однієї частоти.

Потрапляючи через об‘єктив у зорову трубу, всі паралельні промені дають зображення щілини у фокальній площині об‘єктива, а скільки промені різних частот паралельні різним побічним осям, кожне зображення щілини буде на певному місці спектра. Крізь окуляр зорової труби розглядають уявне і пряме зображення спектра.

Під час дослідження спектрів часто буває доцільним сформувати, а потім за допомогою мікроскопа вивчати. В цьому випадку в фокальну площину об‘єктива зорової труби поміщують світлочутливу пластину або пліву, тоді цей прилад називають спектрографом.

Спектральний аналіз

Лінійчатий спектр складної речовини складається з лінійчатих спектрів хвилястих елементів, які містяться в ній, тому за лінійчатим спектром речовини можна визначити які хімічні елементи входять до її складу. Такий метод називається спектральним аналізом.

Спектральний аналіз широко використовується в різних галузях науки й техніки. Він надзвичайно чутливий, дає змогу виявити присутність мільйонних частинок міліграма хімічного елемента в речовині при чому кількість досліджуваної речовини, необхідної для проведення спектрального аналізу також дуже незначна.

Спектральний аналіз газів і пари можна проводити і за спектрами поглинання. Спектри поглинання широко використовуються для дослідження будови речовин і для механічного контролю складу речовин на виробництві.

За останні десятиріччя дістав розвиток кількісний спектральний аналіз, який ґрунтується на тому, що від концентрації елемента в досліджуваній речовині залежить інтенсивність його спектральних ліній. Порівнюючи із інтенсивністю спектральних ліній спеціальної електронної таблиці, можна визначити відсотковий вміст даного елемента в досліджуваному зразку.