Пошук по сайту


Поглинання та випромінювання світла атомом. Неперервний І лінійчастий спектри. Спектри поглинання І випромінювання. Спектральний аналіз та його застосування. 11 клас. Мета уроку

Поглинання та випромінювання світла атомом. Неперервний І лінійчастий спектри. Спектри поглинання І випромінювання. Спектральний аналіз та його застосування. 11 клас. Мета уроку

Поглинання та випромінювання світла атомом. Неперервний і лінійчастий спектри. Спектри поглинання і випромінювання. Спектральний аналіз та його застосування. 11 клас.

Мета уроку: познайомити учнів з видами спектрів, розглянути поглинання та випромінювання світла атомом, з’ясувати як відбувається спектральний аналіз та розглянути його застосування; розвивати індивідуальні і творчі здібності учнів; виховувати наполегливість у досягненні мети.

Хід уроку.

І. Організаційний момент.

Оголошення теми і мети уроку.

ІІ. Перевірка домашнього завдання.

  1. Чому планетарна модель атома не узгоджується із законами класичної фізики?

  2. Від чого залежить частота випромінювання атомом світла?

  3. У чому суть постулатів Бора?

  4. В якому стані енергія електрона менша – в основному (стійкому) чи збудженому?

  5. У чому полягає протиріччя між постулатами Бора та законами класичної механіки й класичної електродинаміки?

  6. Як на основі постулатів Бора можна пояснити спектр поглинання атома Гідрогену?

ІІІ. Пояснення нового матеріалу.

Виходячи з постулатів Бора, можна пояснити процес поглинання і випромінювання енергії атомами. Якщо атом поглинає енергію, то при цьому він переходить у збуджений стан. Його електрон може підніматися на вищу орбіту. Якщо існують вакансії для електрона ближче до ядра, то з часом електрон займає їх, переходячи на більш низький енергетичний рівень. Енергія, яка при цьому вивільняється, випромінюється атомом у вигляді кванта світла.

Якщо світло випромінюють розріджені гази, то атоми газу знаходяться так далеко один від одного, що не чинять ніякого впливу на випромінювання сусідніх атомів, і у спектрі такого джерела будуть спостерігатись лише певні лінії. Цей спектр називають лінійчастим спектром.

Якщо світло випромінюють тверді тіла, рідини чи дуже сильно стиснені гази, то на випромінювання кожного з атомів суттєво впливають сусідні атоми. Унаслідок цього можна спостерігати розмивання ліній в спектрі випромінювання і плавний перехід від одного кольору до іншого. Так виглядає суцільний спектр.

Лінійчастий спектр кожного хімічного елемента є індивідуальним. Цю властивість використовують для спектрального аналізу сполук, оскільки кожний атом цього елемента в його складі випромінює свої лінії, які не зливаються з лініями інших елементів. Цю речовину обов'язково потрібно перевести в газоподібний стан і дуже нагріти, щоб вона світилась. Прилади, які використовують для спектрального аналізу, називають спектрографами.

Спектральний аналіз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, акустичних хвиль, розподілу за масою та енергією елементарних частинок та інше. Спектральний аналіз ґрунтується на явищі дисперсії світла. Традиційно розмежовують:

атомарний та молекулярний спектральний аналіз,

«емісійний» — за спектром випромінення та «абсорбційний» — за спектром поглинання,

«мас-спектрометричний» — за спектром мас атомарних чи молекулярних іонів.

Принцип дії.
Атоми кожного хімічного елемента мають певні резонансні частоти, внаслідок чого саме на цих частотах вони випромінюють або поглинають світло. Це призводить до того, що в спектроскопі на спектрах видимі лінії (темні або світлі) в певних місцях, характерних для кожної речовини. Інтенсивність ліній залежить від кількості речовини і її стану. У кількісному спектральному аналізі визначають зміст досліджуваної речовини за відносною або абсолютною інтенсивністю ліній або смуг у спектрах.

Якщо вузький пучок білого світла спрямувати на бічну грань тригранної призми, то, по-різному заломлюючись у склі, промені, з яких складається біле світло, дадуть на екрані райдужну смужку, що називається спектром. У спектрі всі кольори розміщені завжди в певному порядку. Світло поширюється у вигляді електромагнітних хвиль.

Кожному кольору відповідає певна довжина електромагнітної хвилі. Довжина хвилі світла зменшується від червоних променів до фіолетових приблизно від 0,7 до 0,4 мкм. За фіолетовими променями у спектрі лежать ультрафіолетові промені, які невидимі для ока, але діють на фотопластинку. Ще меншу довжину хвилі мають рентгенівські промені. За червоними променями знаходиться область інфрачервоних променів. Вони невидимі, але сприймаються приймачами інфрачервоного випромінювання, наприклад спеціальними фотопластинками.

Оптичний спектральний аналіз характеризується відносною простотою виконання, відсутністю складної підготовки проб до аналізу, незначною кількістю речовини (10—30 мг), необхідної для аналізу на велике число елементів. Атомарні спектри (поглинання або випуску) одержують переведенням речовини в пароподібний стан шляхом нагрівання проби до 1 000—10 000 °C. Як джерела збудження атомів при емісійному аналізі електропровідних матеріалів застосовують іскру, дугу змінного струму; при цьому пробу розміщають у кратері одного з вугільних електродів. Для аналізу розчинів широко використовують полум'я або плазму різних газів.

Спектральний аналіз має низку переваг і є одним із найбільш чутливих методів дослідження речовин:

· сама речовина не потрібна, потрібне лише випромінювання від неї.

· для проведення досліду потребує дуже мало часу;

· для досліду потрібна дуже мала маса речовини.

1917 року Ейнштейн передбачив можливість індукованого випромінювання, суть якого така. Якби значну частину атомів речовини можна було перевести в збуджений стан, а потім якимось чином повернути в початковий стан, то можна отримати потужний спалах світла.

Радянський фізик Фабриканте 1939 року запропонував як "збудник" використовувати слабкий світловий імпульс, який, рухаючись по прозорому стрижню, переводив би атоми в збуджений стан.

У 1951-1954 рр. радянські фізики Басов і Прохоров запропонували застосовувати для збудження атомів газорозрядну лампу, яка оточує прозорий стрижень. Під час спалаху цієї лампи атоми стрижня переходять у збуджений стан, після чого можливе підсилення світла. 1954 року Басов і Прохоров та американський фізик Таунас сконструювали прилад, який працює на довжині хвилі l = 1,27 cм, його назвали "мазер", а 1960 року в США вдалось побудувати прилад з опроміненням в оптичному діапазоні; його назвали "лазер".

Лазер - це одне з найбільших досягнень сучасної фізики. Він випромінює впорядковане світло, всі фотони якого мають однакову напруженість Е; і не виникає різниця фаз між коливаннями. Це призводить до того, що результуюче значення напруженості поля у світлі лазера є настільки велике, що можна відірвати електрон від атома, нагріти середовище до температури випаровування.

Принцип дії першого лазера на кристалі рубіна такий: під час проходження електромагнітної хвилі крізь речовину, її енергія поглинається. За рахунок поглинутої енергії хвилі частина атомів переходить у збуджений стан (вищий енергетичний стан). Енергія світлового пучка при цьому дорівнює:

hν = E–E.

Збуджений атом може віддати свою енергію сусіднім атомам під час зіткнення чи випромінювати фотон у будь-якому напрямі. У разі збудження великої частини атомів електромагнітна хвиля частотою:



буде підсилюватися внаслідок індукованого випромінювання. Під її дією атоми узгоджено переходять на нижчі енергетичні рівні, випромінюючи хвилі, які збігаються за частотою і фазою із падаючою хвилею (рис. 7.9, 7.10).



Є різні методи утворення середовища із збудженими станами атомів. У рубіновому лазері (рис. 7.11) використовують для цього спеціальну потужну газорозрядну лампу, що має форму спіралі і дає синьо-зелене світло.



Атоми збуджуються внаслідок поглинання світла. Але двох рівнів енергії для роботи лазера недостатньо. Яким би потужним не було світло лампи, кількість збуджених атомів буде не більшою від не збуджених. Бо світло одночасно збуджує атоми і спричинює індуковані переходи з верхнього рівня на нижній. Вихід було знайдено у використанні трьох енергетичних рівнів (рис. 7.12). Потрібні енергетичні рівні мають кристали рубіну. Рубін - це яскраво червоний кристал оксиду алюмінію Al2O3 з домішкою атомів хлору (близько 0,05%). Саме рівні іонів хлору в кристалі мають потрібні властивості.



На рівні 3 система "живе" дуже мало, приблизно 10-8 с, після цього самовільно без випромінювання переходить до стану 2 (енергія при цьому передається кристалічним гратам). Перехід від стану 2 до стану 1 під впливом зовнішньої електромагнітної хвилі супроводиться випромінюванням, що й використовується у лазерах. Після спалаху потужної лампи система переходить до стану 2 і через проміжок часу близько до 10-8 с переходить до стану 3, в якому "живе" порівняно довго (приблизно 10-3 с). Так забезпечується "перенаселеність" збудженого рівня 2 порівняно з не збудженим рівнем 1.

Унаслідок самовільних переходів 2 1 випромінюються хвилі різних напрямів. Ті з них, які йдуть під кутом до осі кристала, виходять з нього і для наступних процесів не мають ніякого значення. Але хвиля, що проходить вздовж осі кристала, багато разів відбивається від його торців. Вона зумовлює випромінювання збуджених іонів хрому і швидко підсилюється. Через один із торців стрижня (напівпрозорий) виходить потужний короткочасний імпульс червоного світла.

Рубіновий лазер працює в імпульсному режимі. Але є лазери неперервної дії. На тепер розроблено різні лазери на склі, газах, напівпровідниках та ін. Коефіцієнт корисної дії газового лазера на CO досягає 20%, саме їх використовують в промисловості.

Лазерне випромінювання має такі властивості:

- лазери здатні створювати пучки світла з дуже малим кутом розбіжності;

- світло лазера є монохроматичним;

- лазер є найпотужнішим джерелом світла.

Лазери використовують для: зв'язку в космосі, випаровування чи зварювання матеріалів у вакуумі, в хірургічних операціях (офтальмологія), збудження хімічних реакцій, здійснення керованої термоядерної реакції та ін.

Запитання для самоперевірки

1. Побудуйте схему енергетичних рівнів атома водню і поясніть механізм утворення спектральних ліній.

2. Як називають серію спектральних ліній у спектрі випромінювання атома водню ?

3. Запишіть формулу, що дозволяє обчислити частоту будь-якої спектральної лінії в спектрі випромінювання атома водню.

4. Чому дорівнює стала Рідберга ?

5. У якому випадку атом випромінює квант електромагнітної енергії, а в якому поглинає її?

6. За якою формулою визначають частоту поглинання світла ?

7. Що називають спектром випромінювання ?

8. Які види спектрів випромінювання ви знаєте ? У яких співвідношеннях знаходяться речовини, що випромінюють ці спектри ?

9. Що називають спектром поглинання ? Зобразіть схему досліду з проходження світла через пари натрію і тригранну призму. Який результат цього досліду і про що він свідчить?

10. Що називають спектральним аналізом ? На чому він ґрунтується?

11. Що таке лазер ?

12. Яке випромінювання називають спонтанним і чому воно є

некогерентним ?

13. Виконайте рисунок і поясніть процес утворення вимушеного випромінювання. Яке випромінювання називають вимушеним або індукованим ?

14. Поясніть принцип дії лазера. Поясніть графічно процес отримання вимушеного випромінювання за трирівневою системою.

15. Поясніть принцип дії рубінового лазера.

16. Які типи лазерів ви знаєте і в якому режимі вони працюють ?

17. Назвіть основні сфери застосування лазерів.

18. Чим відрізняється лазерне випромінювання від випромінювань, створюваних іншими джерелами світла ?

Домашнє завдання: вивчити конспект.




поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Поглинута та еквівалентна дози йонізуючого випромінювання. Дозиметри....
Мета уроку: ознайомити учнів з методами спостереження та реєстрації елементарних частинок, формувати вміння самостійно працювати...

Хімія 10 клас Контрольна робота №1 «Неметалічні елементи та їх сполуки» Початковий рівень
Г явище поглинання речовин із навколишнього сере­довища поверхнею твердого тіла або рідини

Радіоактивність. Види радіоактивного випромінювання. Самостійна робота. 9 клас. Мета уроку
Засвоєння учнями знань з даної теми, перевірити їх вміння розв’язувати стандартні задачі; продовжити формувати вміння осмислювати...

Хімічна дія світла та її використання. 11 клас. Мета уроку
Мета уроку: дати уявлення про фотохімічні реакції; роз’яснити суть фотосинтезу; розвивати творче мислення; виховувати пізнавальний...

Електромагнітні випромінювання різних діапазонів довжин хвиль: радіохвилі,...
Мета уроку: познайомити учнів із видами електромагнітних випромінювань, їх фізичними властивостями, методами одержання те реєстрації;...

Електричне коло. Джерела електричного струму. Гальванічні елементи....
Мета уроку: ознайомити учнів із принципом роботи різних джерел електричного струму, основними елементами електричного кола; продовжити...

Методична розробка уроку гри з матеріалознавства на тему : «Портландцемент,...
«Штукатур», кваліфікація ІІ розряд. Тому під час вивчення теми уроку «Портландцемент, його виготовлення, та застосування», викладач...

Електричний струм в рідинах та його використання. 11 клас. Мета уроку
Мета уроку: з’ясувати природу процесів, що зумовлюють електричний струм в електролітах, повторити І поглибити поняття електричної...

Вплив фізики на суспільний розвиток та науково-технічний прогрес....
Мета уроку: дати поняття про фізичну картину світу, показати його матеріальну єдність, своєрідність форм руху матерії; формувати...

Уроку «Поняття про полімери на прикладі поліетилену. Застосування поліетилену»
Мета уроку: ознайомити учнів із загальними поняттями хімії високомолекулярних сполук на прикладі поліетилену; розглянути властивості...



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

h.lekciya.com.ua
Головна сторінка