原子による光の放射と吸収。 線スペクトルの起源

この記事では、原子による光のどの発光および吸収を理解するために必要な基本的な概念を提供します。 また、これらの現象の使用が記載されています。

スマートフォンと物理学

1990年以降に生まれた人は、様々な電子機器のない彼の人生は提供できません。 スマートフォンは、携帯電話を置き換えるだけでなく、それはタクシーを呼び出しても、そのアプリケーションを介して、ISSボード上の宇宙飛行士に対応して、取引を、為替レートを監視することが可能になります。 それぞれ、そして当然のこととして、これらすべてのデジタル・アシスタントによって知覚されています。 読者は物理学の授業で退屈なトピックをだと思われるので、作成し、デバイスのすべての種類を減らすの時代を可能にした原子によって発光及び光の吸収。 しかし、物理学のこのブランチ興味深く、エキサイティングな多くの。

スペクトルの開口部のための理論的背景

「好奇心秋の前に。」：ことわざがあります しかし、この表現ではなく、間違ったに関係が干渉しない方が良いということ。 しかし、世界に向けての好奇心を示した場合は、間違って何も起こりません。 19世紀の終わりには、人々が理解し始めた磁気の性質 （よくマクスウェル方程式のシステムに文書化されています）。 科学者を可能にする次の質問は、物質の構造となりました。 すぐに明らかにすることが必要である：科学は原子による光の非常に貴重な排出と吸収のためではありません。 線スペクトル - この現象の結果と物質の構造の研究のための基礎です。

原子の構造

古代ギリシャの科学者たちは、大理石が不可分のいくつかの部分から構成されていることを示唆している「原子。」 そして、19世紀の終わりまでに、人々はそれが物質の最小の粒子だと思いました。 しかし、金箔の上に重い粒子の分散にラザフォードの経験は、原子はまた、内部構造を有していることが示されています。 重い核は中心部にあり、正に帯電した、軽量な負の電子が彼の周りを公転します。

マクスウェル理論内の原子のパラドックス

これらの知見は、いくつかのパラドックスに上昇を与えている：マクスウェル方程式によれば、任意の移動する荷電粒子は、電磁界を放射するので、エネルギーを失います。 なぜ、その後、電子は核内に落下し、そして回転し続けるませんか？ 各原子が吸収又はだけ特定の波長の光子を放出する理由も明らかではなかったです。 ボーアの理論は軌道を入力することにより、欠陥を治すためにそれを可能にしました。 この理論の教義によると、原子核の周りの電子は、これらの軌道上にあってもよいです。 隣接する二つの状態間の遷移は、特定のエネルギーを持つ光子の放出または吸収のいずれかを伴います。 原子による光の放出と吸収が、このため正確です。

波長、周波数、エネルギー

より完全な絵のためには、光子について少し話をする必要があります。 これらには静止質量を持たない素粒子です。 彼らは、環境を移動する限り、唯一存在します。 しかし、体重はまだ持っている：表面に衝突し、彼らはそれを質量なしには不可能だっただろう衝動を送信します。 ちょうどそれの多くは、彼らがヒットしたの物質を作り、エネルギーに変換され、それらが吸収されて、少し暖かいです。 ボーアの理論は、この事実を説明していません。 光子の性質とその行動の機能は、量子物理学によって記述されています。 だから、光子 - 質量を有する波と粒子の両方。 光子、および波などは、以下の特性を有する：長さ（λ）、周波数（ν）、エネルギー（E）。 波長エネルギー周波数が低く、低い長いです。

原子のスペクトル

原子スペクトルはいくつかの段階で形成されています。

1. 軌道1上の2（高エネルギーの）軌道（低エネルギー以下）と原子の電子スイッチ。
2. 光（hνを）の量子として形成されて放出されるエネルギーの特定の量は、。
3. この光子は 、周囲の空間に放出されます。

したがって、得られ、線スペクトル原子です。 とき、特別な機器「キャッチ」行の記録装置固定数の光の出光子なぜそれがそのように呼ばれて、彼のフォームを説明します。 異なる周波数の回折現象波によって使用される異なる波長の光子を分離するために、他のより1偏向したがって異なる屈折率を有します。

物質の性質 とスペクトル

物質の線スペクトルは、原子の種類ごとに一意です。 他の - すなわち、水素の放出に1つのラインのセット、および金を与えるています。 この事実は、分光法の適用のための基礎です。 スペクトルは何も得られた、1は、互いに対して配置され、その原子に、物質であるかを理解することができます。 この方法は、あなたは、多くの場合、化学と物理学を使用しており、材料の特性を定義し、さまざまなことができます。 原子による光の吸収および発光 - 周囲の世界の研究のための最も一般的なツールの一つ。

欠点発光スペクトル

この時点までの原子が放出する方法の詳細については述べています。 しかし通常は、すべての電子がその平衡状態にある軌道にある、彼らは他の州に移動する理由がありません。 物質は何か、それが最初のエネルギーを吸収しなければならない、拒否されます。 光原子の吸収および放出を利用する方法の欠如。 簡単に言えば、我々はスペクトルを取得する前に、最初の問題は、熱や光することを言います。 科学者は星を勉強した場合の問題は、発生しません、ので、彼らは自分の内部プロセス透けて見えます。 しかし、あなたは実際に燃やすために必要であるスペクトルを得るために、鉱石や食料品の作品を勉強したい場合。 この方法では、必ずしもそうではありません。

吸収スペクトル

方法として原子による発光光の吸収が両サイドの「動作します」。 あなたは、物質のブロードバンド（異なる波長の光子が存在する、すなわち、1）に光を照らす、そして長さが吸収振るものを見ることができます。 しかし、この方法は、常に適切ではない、材料は電磁規模の所望の部分に透明であることを確認してください。

定性的および定量分析

それが明らかになった各物質に固有のスペクトルいます。 読者は、この分析にのみ、それが作られている材料を決定するために使用されると結論することができます。 しかし、可能な範囲ははるかに広いです。 化合物内の原子の数は特別な技術幅検査と認識し、得られた線の強度を用いて設定することができます。 また、この指標は、異なる単位で表すことができます。

• パーセンテージ（例えば、この合金が1％のアルミナを含有します）。
• モルで（塩化ナトリウムこの液体3モルに溶解）。
• グラム（ウラン及びトリウム0.4グラムを0.2gのサンプル中に存在します）。

時には、解析が混合さ：定性的および定量的の両方。 しかし、物理学者のに対し、ラインの位置を記憶し、そして特殊なテーブルの助けを借りて自分の陰を評価したが、今ではすべてのプログラムになります。

スペクトルの使用

我々はすでに、詳細に論じてきたものを原子による光の放出と吸収。 スペクトル分析は非常に広く使用されています。 人間の活動の領域がない、我々は現象を検討しているに関係なく使用しました。 ここではそれらのいくつかは以下のとおりです。

1. この記事の冒頭で、我々はスマートフォンについて話しました。 シリコン半導体素子は、スペクトル解析を用いた研究の結晶を含め、非常に小さくなっています。
2. いずれの事件ならば、それは、各原子の電子殻の一意性は車がフレームワークやタワークレーン、だけでなく、いくつかの毒毒の人々とどのくらいの時間、彼は水の中で過ごしたが決裂した理由を弾丸のようなものは、最初に解雇かを決定しています。
3. 薬は、体液との関係で最も頻繁に自分に有利にスペクトル分析を使用しますが、この方法は、組織に適用されることが起こります。
4. 遠方の銀河、宇宙のガス雲、星の前にある惑星 - このすべては、光とスペクトルにその分解によって研究されています。 科学者たちは、これらのオブジェクトの構成、その速さ、そして、それらが、彼らが発するまたは吸収光子を捕獲し、分析することができるという事実にそれらで発生するプロセスを知っています。

電磁規模

すべてのほとんどは、我々は可視光に注意を払います。 しかし、電磁規模でこのセグメントは非常に小さいです。 人間の目は虹のより広範な7色を固定していないという事実。 放射だけでなく、可視光子（λ= 380から780ナノメートル）であるが、他の光子を吸収することができます。 電磁スケールが含まれています：

1. 電波 （λ= 100キロ）長距離を介して情報を送信します。 非常に大きな波長に、彼らのエネルギーが非常に低いです。 彼らは非常に容易に吸収されています。
2. 最近まで、テラヘルツ波 （λ= 1-0,1ミリメートル）は、容易に入手可能ではなかったです。 以前は、その範囲が電波を含むが、今電磁スケールのこのセグメントは、別のクラスに割り当てられます。
3. 赤外波長（λ= 0,74-2000マイクロメートル）の熱伝達。 火、光、太陽が豊富でそれらを放出します。

それについての詳細は書きませんので、可視光、私たちは、見直しました。

紫外線波長 （λ= 10-400 nm）を超える男性用致死が、その欠点は、不可逆的です。 私達の中心星は、紫外線の多くを与え、地球の大気は、そのほとんどを保持します。

X線およびガンマ線 （λ<10 nm）は、共通の範囲を有するが、起源が異なります。 それらを得るためには、電子や原子と非常に高い速度を分散させる必要があります。 人々の研究室は、それが可能であるが、そのようなパワーの自然の中で唯一の内側に星、または大規模なオブジェクトの衝突を発生します。 後者の方法の例は、超新星爆発、ブラックホールによって星の吸収二銀河や銀河やガスの大規模な雲の出会いとして機能することができます。

すべての範囲の電磁波、原子によって放出され、吸収される、すなわちそれらの能力は、人間の活動に使用されています。 かかわらず、読者が選択した（または唯一選出する）という事実の彼の人生のパスとして、彼は確かに、スペクトルの研究の結果に直面しています。 かつて科学者は、物質の性質を研究し、マイクロチップを作成したので、売り手は、現代の決済端末を楽しんでいます。 農業は、フィールドを受精し、高い収率を収集し、一度地質学者は、リン鉱石の部分で発見さという理由だけで、今あります。 彼女は永続的な化学染料の発明で明るい服を着ています。

読者は、科学の世界で彼の人生を接続したい場合しかし、あなたは原子の光の光子の放出と吸収のプロセスの基本的な概念よりも多くを勉強しなければなりません。