Презентация - Виды спектров

Виды спектров
Презентация по физике Преподаватель Ижорского колледжа: Джураева Т.А.

Оптические спектры – спектры электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах. Оптические спектры представляют собой совокупность частот или длин волн, излучаемых (или поглощаемых) каким-либо веществом.
Виды спектров: Спектры испускания: Сплошные (непрерывные) Линейчатые Полосовые Спектры поглощения

Из истории вопроса
Термин «спектр» был введен И. Ньютоном в 1671-1672гг для обозначения многоцветной полосы, похожей на радугу, которая получается при прохождении солнечного луча через треугольную стеклянную призму. В своем труде «Оптика» (1704г.) И. Ньютон опубликовал результаты по разложению солнечного света на отдельные компоненты различной цветности и преломляемости и объяснил их природу, а также описал первый спектроскоп. Ньютон описал все 3 метода разложения света (используемые и сейчас): Преломление Интерференция Дифракция
«Оптика» И.Ньютона. Фрагмент рукописи. Описание опыта со стеклянной призмой

Сплошной (непрерывный) спектр
Источники сплошных спектров: сильно нагретые твердые тела и жидкости, а также газы и пары, находящиеся под очень высоким давлением. Особенности: В спектре представлены волны всех длин и нет разрывов. Одинаковы для всех веществ Наблюдение: Непрерывный спектр можно наблюдать на дифракционной решетке. Примеры сплошных спектров: радуга Просмотрите опыт, демонстрирующий получение сплошного спектра: https://youtu.be/-TUfxn5ZUAo?t=19

Как «обмануть» глаз?
Сочетание RGB
Длина волны, нм
Цвет – это результат восприятия света в нашем сознании, а не физическое свойство этого излучения. Поэтому смешение трех излучений: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue) в определенных соотношениях воспринимается глазом как волна определенной длины. Любой цвет задается сочетанием трех чисел, каждое из которых отражает долю одного из трех основных цветов. Каждая доля занимает 1 байт и может варьироваться от 0 до 255 (в десятичной системе счисления). Например, волна длиной 525нм задается сочетанием излучений зеленого и синего цвета, взятых в равных соотношениях, ее цвет будет восприниматься глазом как голубой.

Линейчатый спектр – совокупность отдельных спектральных линий одного или разных цветов
Атомарный водород. В видимой части спектра - 4 линии
Источники линейчатых спектров: разреженные газы и пары химических веществ в атомарном состоянии(состоят из отдельных атомов, а не молекул) . Особенности: У каждого химического элемента свой неповторимый спектр, т.к. изолированные атомы химического элемента излучают волны строго определенной длины. По расположению спектральных линий можно судить о химическом составе источника света. При увеличении плотности атомарного газа отдельные спектральные линии расширяются Наблюдение: Для наблюдения используют свечение паров вещества в пламени или свечение газового разряда в трубке, которая наполнена исследуемым газом Примеры линейчатых спектров: Просмотрите опыты, демонстрирующие получение линейчатого спектра: https://youtu.be/mt1_12sR47Q или https://youtu.be/i5HUZfojdgU

Спектральный анализ на кухне
Обращали ли вы внимание?
Если на газе сбегает суп, то пламя окрашивается в ярко-желтый цвет. Это происходит потому, что в воде, которую мы пьем содержится натрий Если посмотрим на это явление в спектральный прибор (или сфотографируем с помощью спектроскопа, то увидим следующую картину:
Две ярких желтых линии, соответствующие волнам длины 539нм и 589,59нм. Эти длины волн являются визитной карточкой натрия, именно он окрашивает пламя в желтый свет

Обнаружение новых химических элементов. Открытие гелия
Изучая спектр каких-либо химических веществ или смеси газов, можно определить, что входит в состав этой смеси. На этом основан спектральный анализ – вид анализа химического состава вещества по его спектру.
В 1868 году в составе излучения, приходящего от Солнца были обнаружена спектральные линии очень похоже на линию натрия, но ее длина волны отличалась от той, которая принадлежала натрию. Оказалась, что это спектр химического элемента, который еще не был открыт. Этот элемент назвали гелий ( от греч. helios – «солнце»). Только через 27 лет небольшое количество этого газа обнаружили в земной атмосфере. Сегодня известно, что гелий – второй по распространенности элемент во Вселенной

Примеры линейчатых спектров
Спектр водорода (Н) Спектр гелия (Не) Спектр натрия (Na) Спектр криптона (Kr) Спектр неона (Ne) Спектр аргона (Ar)

Полосатые спектры – спектр, состоящий из отдельных полос, разделенных темными промежутками.
Источники полосатых спектров: молекулы жидкостей, газов, паров Особенности: Каждая полоса спектра представляет собой совокупность очень тесно расположенных линий Наблюдение: Для наблюдения используют свечение паров в пламени или свечение газового разряда

Примеры полосатых спектров
Фото 1
Фото 2
На фото 1 спектр испускания паров йода На фото 2 спектр, который получается в электрической дуге. Поскольку там используются угольные электроды, то углерод (С) взаимодействует с азотом (N) и получается их соединение. Наблюдаем полосы молекул СN и C2

Спектры поглощения – это совокупность частот, поглощаемых данным химическим элементом. Поглощаются те линии спектра, которые испускает данный элемент, являясь источником света
Наблюдение: Эти спектры получают, пропуская свет от источника, дающего сплошной спектр, через вещество, атомы которого находятся в невозбужденном состоянии Если разогреть пары, то мы будем на сплошном спектре наблюдать черные линии ровно в том месте, где были бы яркие линии паров вещества, если бы они просто излучали этот свет. Линии поглощения, видимые на фоне непрерывного спектра звезд были открыты и изучены Йозефом Фраунгофером в 1814 году при наблюдениях Солнца. Фраунгофер выделил и обозначил более 570 линий. Примеры: фраунгоферовы линии

Фраунгоферовы линии
Особый интерес представляет спектр излучения, приходящего от Солнца. Недра Солнца раскалены до огромной температуры и ярко светятся сплошным спектром. Недра Солнца называются – фотосфера. Ее окружает солнечная атмосфера, состоящая из разреженного газа (хромосфера). От фотосферы свет проходит через хромосферу и получается спектр поглощения: на фоне сплошного солнечного спектра на экране спектральных приборов появляются тонкие черные линии – фраунгоферовы линии

Фраунгоферовы линии
А,В,С,D –линии водорода Чем тяжелее элемент, тем слабее будут видны эти линии Наблюдая фраунгоферовы линии можно сказать, что солнечная атмосфера состоит в основном из водорода, на 2-м месте гелий. Наблюдая спектры других звезд, мы тоже увидим похожую картину. Это говорит о том, что все звезды устроены одинаково: они состоят из водорода, который постепенно превращается в гелий. Чем старше звезда, тем больше гелия в спектре Чем дальше от нас звезда, тем сильнее ее спектр смещен в красную сторону. По излучению, доходящему к нам от звезд мы можем очень многое о них рассказать.

Практическая часть. Спектральный анализ
Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн. Образец выполнения задания. Даны 4 линейчатых спектра. Ответьте, содержится ли в смеси газов (спектр №4) натрий(спектр №1), водород (спектр№2) и гелий (спектр №3)?
Натрий и водород содержатся, т.к. все спектральные линии спектров 1 и 2 присутствуют в спектре 4. Гелий не содержится

Задание №1. В какой смеси газов, испускающих спектры 2,3,4 содержится водород (спектр 1)
1 2 3 4

Задание №2. На рисунке изображены спектры излучения разных хим.элементов (1), (2), (4). Какие из этих элементов содержатся в смеси веществ (3)?
1 2 3 4

Задание №3. На рисунке изображены спектры излучения водорода (1), гелия (2), натрия (3). Какие из этих элементов содержатся в смеси веществ (4)?
1 2 3 4

Задание №4. На рисунке изображены спектры излучения водорода (1), гелия (2), натрия (3). Какие из этих элементов содержатся в смеси веществ (4)?
1 2 3 4

Задание №5. В какой смеси газов (спектры №1, 3, 4) содержится гелий (спектр №2)?
1 2 3 4

Задание №6. В составе какого химического соединения (спектры 2, 3, 4) содержится водород (спектр 1)?
1 2 3 4

Используя материалы презентации ответьте на вопросы:
1. Почему сплошные спектры нельзя использовать для спектрального анализа веществ? 2. Верно ли, что чем больше длина волны, тем больше угол дифракции? Как это можно наблюдать на спектре? 3. Какой раздел физики объясняет существование линейчатых спектров? 4. Используя рисунок на слайдах 4-5, напишите, как волна какого цвета воспринимается глазом монохроматическая волна длиной 600нм? 580нм? 550нм? какое сочетание излучений RGB будет восприниматься глазом как фиолетовый цвет? Оранжевый? Желтый? Красный? как можно показать, что основные цвета спектра не разлагаются на составляющие (являются монохроматическими)?