Эмиссионный спектр

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Эмиссионный спектр (спектр излучения, спектр испускания — относительная[1] интенсивность электромагнитного излучения объекта исследования по шкале частот.

Чаще всего изучают спектры электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне, например от сильно нагретых тел. Спектр излучения вещества представляют в виде горизонтальной цветовой полосы — как результат дисперсии (расщепления) света от объекта призмой, либо в виде графика относительной интенсивности, а также в виде таблиц.

Спектр излучения железа.
Спектр излучения водорода.

Физика возникновения[править]

Излучение абсолютно чёрного тела[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Абсолютно чёрное тело
Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Цвета каления

Нагретое вещество излучает[2] электромагнитные волны (фотоны). Спектр этого излучения на фоне спектра излучения абсолютно чёрного тела, при достаточной температуре, на определённых частотах имеет ярко выраженные увеличения интенсивности. Причина повышения интенсивности излучения — в электронах,[3][4] находящихся в условиях квантования энергии. Такие условия возникают внутри атома, в молекулах и кристаллах. Возбуждённые[5] электроны переходят из состояния бо́льшей энергии в состояние меньшей энергии с испусканием фотона. Разница энергий уровней определяет энергию испущенного фотона, и следовательно его частоту в соответствии с формулой: $$E_{\Phi} = h\nu\,$$

здесь Eфэнергия фотона, hпостоянная Планка и νчастота.

Квантование на энергетические уровни зависит от магнитного поля, поэтому от него также зависит спектр излучения (см. Расщепление спектральных линий). Кроме того, сдвиг частоты благодаря эффекту Допплера также приводит к изменению положений линий в спектре движущихся объектов.

Применение[править]

Особенности спектров излучения некоторых элементов можно изучить невооружённым глазом, например, при наблюдениях цвета пламени, в которое внесено немного вещества. В пламени (высокотемпературной плазме) вещество ионизируется, и мы можем наблюдать спектр эмиссии атомов некоторых элементов.

Аналитическая химия[править]

Этот приём издавна использовался для качественного определения некоторых элементов. Например, платиновая проволочка, смоченная раствором хлорида или нитрата стронция, внесенная в пламя, окрашивает его в красный цвет, благодаря излучению ионизированных атомов стронция. Ионы меди окрашивают пламя в голубой или зелёный цвет.

Спектр излучения различен для каждого элемента периодической таблицы Менделеева.

В современной аналитической химии методы исследования эмиссионного спектра используются в приборах для анализа состава сплавов (стилоскоп), методах анализа растворов, солей (пламенная фотометрия).

Астрономия[править]

Спектр излучения используется для дистанционной идентификация состава звёзд по свету от них.

При изучении астрономических объектов (звёзды, галактики, квазары, туманности):

  • для определения движения объектов и их частей
  • для получения информации о происходящих в них физических процессах
  • для получения информации о структуре объекта и расположении его частей.

Сигнализация и пиротехника[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Пиротехника

Яркий и чистый цвет пламени, окрашенного тем или иным элементом, позволил получать цветные огни - фейерверк.

Прикладная наука, исследующая пути оптимизации приготовления цветных горючих смесей, а также технологией взрывчатых веществ, называется пиротехникой.

Окрашенные пламена используются для сигнализации или целеуказания (сигнальные ракеты, осветительные ракеты, трассирующие пули).

Связанные эффекты[править]

  • Спектр поглощения является обратным к спектру испускания. Связано это с тем, что возбуждённый электрон в веществе переизлучает поглощённый фотон не в том же направлении, а энергии поглощённого и излучённого фотона одинаковы.

См. также[править]

Примечания[править]

  1. относительно излучения абсолютно чёрного тела при данной температуре
  2. Без внешнего освещения
  3. Обычное не радиоактивное вещество из протонов, электронов и возможно нейтронов.
  4. Для температур не вызывающих ядерных реакций.
  5. В данном случае, тепловыми процессами и переизлучением от других электронов объекта