Типы атомных спектров, постулаты модели Бора и спектрометра

| 1 октября, 2021 | Физика

Слово атом восходит к греческому происхождению, что означает неделимый. Ученые создали различные модели структуры атома на основе множества экспериментальных данных, Бор изучил трудности, с которыми столкнулась модель Резерфорда, и предложил модель атома водорода, используя результаты Резерфорда.

Постулаты модели Бора

  1. В центре атома находится положительно заряженное ядро .
  2. Отрицательно заряженные электроны движутся вокруг ядра в оболочке. Каждая оболочка (часто называемая орбитой ) имеет значение энергии. Электроны не излучают излучение, пока они остаются в каждой оболочке.
  3. Атом электрически нейтрален, поскольку количество отрицательных зарядов (электронов) вокруг ядра равно количеству положительных зарядов в ядре.

Затем он добавил еще три постулата:

  1. К атому применимы электрические силы (закон Кулона) и механические силы (закон Ньютона).
  2. Мы можем оценить радиус оболочки из следующего соотношения: 2 π r = n λ, где: (r) радиус орбиты, (n) количество стоячих волн, которые связаны с движением электрона (целое число больше, чем ноль), (λ) длина стоячей волны, сопровождающей движение электронов .
  3. Если электрон движется от внешней оболочки с энергией E 2к внутренней оболочке с энергией E 1 (E 2 > E 1 ), количество энергии (E 2 — E 1 ) высвобождается в виде фотона , энергия которого Δ E = h ν = E 2 — E 1 , где ν — частота испускаемого фотона .

Линейчатый спектр газообразного водорода (Излучение света атомом Бора)

Когда атомы водорода возбуждены (заданная энергия), мы будем наблюдать следующее:

  1. Не все они возбуждаются одинаково. Таким образом, электроны в разных атомах перемещаются с первого уровня K (n = 1) на разные более высокие уровни (n = 2, 3, 4,….).
  2. Мы можем вычислить энергию любого уровня (E n) в атоме водорода из соотношения: E n = — 13,6 (e V) / n², где: энергия (джоуль) = энергия (e V) × заряд электрона (кулоновский ) 1 эВ = 1,6 · 10 −19 Дж.
  3. Электроны остаются на возбужденных уровнях (или состояниях) только в течение короткого периода времени, называемого временем жизни (около 10-8 с), а затем они возвращаются на самый нижний уровень (основное состояние).
  4. Спускаясь с высокого энергетического уровня на низкий, электрон испускает фотон , энергия которого (h ν = E 2— E 1 ), где: ν — частота фотона, а его длина волны λ = c / ν.
  5. Линейчатый спектр водорода состоит из пяти групп или серий.

Получены различные серии атомных спектральных линий водорода, которые расположены следующим образом:

Серия Лаймана: электрон движется вниз на уровень K (n = 1) с более высоких уровней, диапазон спектра — это ультрафиолетовый диапазон (короткая длина волны и высокая частота).

Серия Бальмера: электрон движется вниз на уровень L (n = 2) с более высоких уровней, диапазон спектра — это видимый диапазон.

Серия Пашена: электрон движется вниз на уровень M (n = 3) с более высоких уровней, диапазон спектра — это инфракрасный (ИК) диапазон.

Серии скобок: электрон движется вниз на уровень N (n = 4) с более высоких уровней, диапазон спектра — это инфракрасный (ИК) диапазон.

Серия Пфунда: электрон движется вниз на уровень O (n = 5) с более высоких уровней. Эта серия находится в дальнем ИК-диапазоне и представляет собой самые длинные волны (самые короткие частоты).

Расчет энергии излучения:

Излучение максимальной энергии (самая короткая длина волны), когда электрон движется с уровня энергии (E ∞ ) на низкий уровень энергии (E n ).

E ∞ — E n = hc / λ, E ∞ = 0

Излучение минимальной энергии (наибольшая длина волны), когда электрон движется с уровня энергии (E n + 1 ) на низкий уровень энергии (E n ).

E n + 1 — E n = hc / λ

Спектрометр

Спектрометр представляет собой устройство , используемое для получения чистого спектра, анализируя свет в его видимые и невидимые компоненты, Он используется в о btaining чистого спектра, Он используется в е stimating температуру звезд и газов в нем, Чистый спектре спектр неперекрывающихся цветов, каждый из которых имеет определенную длину волны.

Структура спектрометра

  1. Источник света, перед которым имеется прямоугольная щель, ширину которой можно регулировать винтом, и эта щель находится в фокусе выпуклой линзы.
  2. Поворотный стол, на котором размещена призма.
  3. Телескоп , состоящий из двух выпуклых линз (объективных и окуляр).

Работа спектрометра для получения чистого спектра

  1. Щель освещается ярким светом, падающим на одну сторону призмы .
  2. Призма устанавливается в положение минимального отклонения, а телескоп направлен на прием света, проходящего через призму .
  3. Призма анализирует лучи, где лучи каждого цвета выходят параллельно друг другу, а не параллельны лучам других цветов, поскольку каждый цвет цветов спектра имеет свой собственный угол отклонения.
  4. Линза объектива фокусирует лучи каждого цвета в фокальной плоскости хрусталика глаза, где мы можем их видеть.

Условия получения спектрометром чистого спектра: призма в положении минимального отклонения и параллельные лучи для каждого цвета собираются в фокальной плоскости линзы объектива.

Типы спектров

Изучая спектры различных материалов, атомы которых возбуждены, мы найдем два типа спектров: спектр излучения и спектр поглощения.

Спектр излучения

Спектр излучения — это спектр, возникающий в результате переноса возбужденных атомов с более высокого энергетического уровня на более низкий уровень. Существует два типа:

  1. Непрерывный спектр (связанный) — это спектр, состоящий из всех длин волн и частот непрерывным образом.
  2. Линейный спектр — это спектр, встречающийся на определенных частотах и ​​не распределенный непрерывно.

Линейчатый спектр не испускается из материала, пока он не находится в форме отдельных атомов или в газообразном состоянии при низком давлении, потому что линейчатый спектр — это спектр, который возникает в результате перехода возбужденных атомов с более высоких возбужденных уровней на более низкие энергетические уровни. и не может возбуждать элементы, пока не приобретет форму атомов, а не молекул.

Спектр поглощения

Когда белый свет проходит через определенный газ, некоторые длины волн в непрерывном спектре оказываются пропущенными после анализа, эти длины волн совпадают с теми, которые появляются в спектре излучения газа, и называются спектром линейного поглощения.

Линия спектра поглощения — это темные линии некоторых длин волн в непрерывном спектре белого света, и эти линии обусловлены поглощением паров элемента характеристическими линиями спектра.

Это доказало, что в солнечной оболочке есть водород и гелиевые элементы, где спектр Солнца содержит линии спектра поглощения гелия и водорода, которые называются линиями фраунгофера, линии фраунгофера представляют собой спектр поглощения элементов на Солнце, в основном гелиевых и водородных элементов.