Serie spektralne

Serie spektralne Składają się z zestawu kolorowych linii na ciemnym tle lub jasnych pasków oddzielonych ciemnymi obszarami, które emitują światło z wszelkiego rodzaju substancji.

Linie te są wizualizowane za pomocą spektrometru, aparatu składającego się z pryzmatu lub drobno podzielonego stojaka, zdolnego do oddzielenia różnych elementów światła.

Widma absorpcyjne różnych substancji i słońca. Źródło: Wikmedia Commons.

Te zestawy linii są wywoływane widmo I każda substancja ma spektrum karakateristyczne, rodzaj odcisku palca, który służy do identyfikacji swojej obecności w świetle pochodzącym z obiektu. Dzieje się tak, ponieważ każdy atom ma własną konfigurację elektronów i dopuszczał poziomy energii.

Właśnie dlatego znalezienie linii spektralnych jest techniką szeroko stosowaną przez astronomów, aby znaleźć skład gwiazd przez emitujące światło. W rzeczywistości wszystko, co astronomowie wiedzą o gwiazdach, pochodzi z ich widm, czy to emisji czy absorpcji.

Pochodzenie widm

Obecność widm jest spowodowana konfiguracją atomową. Rzeczywiście, elektrony pozostają wokół jądra w regionach zwanych Orbitale, Znajduje się na pewnych dyskretnych odległościach od niego.

Na przykład w wodorze najprostszym pierwiastkiem orbitalnym są podawane przez 0.053 ∙ n² nanometry, gdzie n = 1, 2, 3, 4, .. . Wartości pośrednie nie są między nimi dozwolone, więc mówi się, że orbitale są kwantyzowane. Również stan energetyczny każdego orbity jest kwantyzowany.

Takie ograniczenia powodują, że elektrony zachowują się w tym samym czasie, co cząstki, a także fale, podobnie jak światło. Jednak elektrony mogą przejść z jednej orbity na drugą, zmieniając stan energetyczny atomu.

Absorpcja energii elektromagnetycznej i emisja

Na przykład, jeśli elektron przechodzi z bardziej wewnętrznej orbity, z mniejszą energią, do innego bardziej zewnętrznego i energetycznego, konieczne jest uzyskanie niezbędnej energii elektromagnetycznej, która jest przechowywana w atomie. Ten proces jest nazywany wchłanianie.

Z drugiej strony, jeśli elektron przechodzi od jednego zewnętrznego orbity do bardziej wewnętrznej, w przejściu foton jest emitowany, w formie światła, która jest energią odpowiadającą różnicy energii między orbitaliami. Długość fali odpowiada tej różnicy i jest podana przez:

Może ci służyć: Orion Mgławica: pochodzenie, lokalizacja, cechy i dane

 Gdzie:

• E jest energią
• λ to długość fali
• H jest stałą Plancka
• C to prędkość światła

Rodzaje widm

Istnieją zarówno widma absorpcyjne, jak i emisji, które zależą od niektórych parametrów obiektu lub substancji, takich jak gęstość i temperatura. Spektrum słabego gazu różni się od spektora stałego w wysokiej temperaturze.

Ciągłe spektrum

Niektóre źródła emitują widma, których kolorowe linie zmieniają się delikatnie i zawierają wszystkie kolory. Nazywa się to spektrum ciągłym, na przykład ten, który wytwarza żarnik żarówki.

Spektrum emisji

Jest to ten, który emituje pewne gorące substancje i składa się z kilku linii o pewnej długości fali.

Ten typ spektrum jest wytwarzany przez słabe i gorące gazy, takie jak te, które wypełniają lampy fluorescencyjne. Aurora borealna to kolejny przykład emisji, która występuje w gazach górnej atmosfery Ziemi. Produkują również widma emisji niektóre chmury gazu międzygwiezdnego.

Widmo absorpcyjne

To spektrum jest odbierane, gdy światło gęstego i bardzo gorącego obiektu przechodzi przez chłodniejszy gaz. W nim obserwowane są prawie wszystkie kolory, ale niektóre wydają się zmniejszone, a niektóre ciemne paski powstają w tych długościach fali, które są wchłaniane przez atomy lub cząsteczki gazowe.

Kirchoff Prawa spektroskopii

Prawo spektroskopii Kirchoffa wskazują w jakich warunkach opisane powyżej widma:

1. Widma ciągłe: są one emitowane przez dowolny obiekt pod wysokim ciśnieniem i temperaturą.
2. Widma emisji: są one wytwarzane przez niskie ciśnienie przy niskim ciśnieniu, co emituje dobrze zdefiniowane długości fali, odpowiadające przejściom elektronicznym odpowiadającym każdemu elementowi, który tworzy gaz.
3. Widma absorpcji: są wytwarzane przez gazy w niskich temperaturach znajdujących się w pobliżu czcionek ciągłego promieniowania. Atomy lub cząsteczki gazowe pochłaniają tylko niektóre długości fal.

Może ci służyć: astroclymy: historia, jakie studia, gałęzie

Widmo emisji wodoru

Widmo emisji wodoru jest szczególnie ważne, ponieważ jest najliczniejszym elementem w całym wszechświecie i zawiera wiele ważnych informacji o gwiazdach i Drogi Mlecznej.

Linie spektrum wodoru zostały odkryte przez różnych badaczy i każdy jest nazwany.

Balmer Series

Wodór emituje różne linie w widmie widzialnym: gdy elektron maleje od orbity 3 do orbity 2 emituje czerwone światło, którego długość fali wynosi 656.6 nm, a jeśli rozpada się od Orbital 4 do 2, emituje 486 niebieskie światło.1 nm.

Widmo emisji wodoru, pokazujące linie odpowiadające światło widzialnym i dwie linie ultrafioletowe po lewej stronie. Źródło: Wikmedia Commons.

W 1885 r. (Przed Bohr zaproponował swoją teorię), matematyk i szwajcarski profesor Johann Balmer (1825–1898) znaleziony przez Tanteo wzór do określenia długości fali tych linii:

Gdzie:

• R jest stałą Rydberga: 1.097 × 10⁷ M^-1
• N = 3, 4, 5 .. ., to znaczy n ≥ 3 (całość).

Na przykład dla n = 3 w równaniu Balmera:

Odpowiadające czerwonej linii po prawej stronie, pokazane na powyższym rysunku. Odkrycie serii Balmer spowodowało, że inni naukowcy szukali linii w reszcie spektrum wodoru i innych gazów.

Lyman Series

Należy zauważyć, że widmo wodoru pokazane na rysunku zawiera niektóre linie w ultrafiolecie, dwie ekstremalne lewice, których długości fali wynoszą 397.0 nm i 388.9. nm.

Rzeczywiście, te linie w ultrafiolecie odpowiadają serii Lyman, odkryta w 1906 roku przez fizyk Theodore Lyman. Jego formuła to:

Może ci służyć: BTU (jednostka termiczna): równoważniki, zastosowania, przykłady

Rydberga znowu stała: 1.097 × 10⁷ M^-1, ale n = 2, 3, 4 ..., to jest n ≥ 2 i całość, więc poziom końcowy zawsze odpowiada n = 1.

Seria Paschen

Seria Paschen została odkryta przez niemieckiego fizyka Friedericha Paschen w 1908 roku i jest ważna dla n ≥ 4, to znaczy: n = 4, 5, 6 ..

Linie Paschen znajdują się w regionie bliskiej podczerwieni, a końcowy poziom to n = 3, to znaczy ich wartości występują, gdy elektron maleje z wyższych poziomów do n = 3. Ponieważ seria Lyman znajduje się w ultrafiolecie, stwierdza się, że seria Balmer znajduje się między Lymanem a Paschen.

Seria Brackett

Ta seria odkryta w 1922 r. Przez Fredericka Bracketta, amerykańskiego fizyka, znajduje się w odległej podczerwieni i składa się z linii widmowych odpowiadających przejściom wodoru, które rozpoczynają się od n = 5 i kontynuują:

Seria Pfund

Seria Pfund została znaleziona w 1924 roku przez amerykańskiego fizyka Augusta Hermanna Pfund i odnosi się do przejść, które zaczynają się od n = 5, w odległym zespole podczerwieni:

Bibliografia

1. Arny, t. 2017. Eksploracje: wprowadzenie do astronomii. 8. Wyd. McGraw Hill.
2. Bauer, w. 2011. Fizyka inżynierii i nauki. Głośność 2. MC Graw Hill.
3. Chang, R. 2013. Chemia. 11va. Wydanie. MC Graw Hill Education.
4. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. Wyd. Głośność 2. osoba.
5. Okna otwarte na wszechświat. Różne rodzaje widm. Odzyskane z: Media4.OSPPM.Fr.