Transcript “Увод в атомната спектроскопия” – Валентин Михайлов

Атомна спектроскопия
Спектрален анализ
Физичен метод за изследване на елементния състав на веществата, който
се основава на изучаване спектъра на излъчване и поглъщане на атомите,
йоните и молекулите.
Светлина
Субективното усещане, породено от възприемането на електромагнитното
излъчване с дължина на вълната, видима за човешкото око.
Вълново-корпускулярно лъчение, т.е едновременно се проявява като поток от
частици (фотони) и като електромагнитна вълна
Фотони
- фотоелектричен ефект
Електромагнитно излъчване
- интерференция и дифракция
дължина на вълната:  [nm]
честота:  = c/ [1/s ; Hertz (Hz)]
Скорост на светлината c = 3.8·108 m/s
  цвят
A  яркост
1 ångström (Å) = 1·10-10 m
Термично излъчване
Всяко топло тяло (температура над абсолютната нула) излъчва светлина с
всички дължини на вълната – непрекъснат спектър. Количеството светлина
за всяка дължина зависи от температурата на обекта.
при нагрявяне на тялото:
• Максимума на излъчване
се измества към късите
(сини) дължини
peak  1/T
• Излъчва се повече
светлина
Total energy  T4
Квантуване на енергията
Max Planck (1858-1947)
• 1900г. Закон на Planck: телата излъчват енергия на
отделни малки порции — кванти. Тези кванти не са с
произволна големина, а са кратни на h, наречна
константа на Planck.Всеки обект може да приема или
губи енергия чрез поглъщане или излъчване на
кванти.
Енергията на излъчване е пропорционална на честотата.
E = h•
Константа на Planck
h = 6625·10-34 J·s
Светлина с голяма  (малка ) има по-малка E.
Светлина с малка  (голяма ) има по-голяма E.
increasing
frequency
increasing
wavelength
Атомен спектър
+
Electron
orbit
Според класическата представа всички орбити
трябва да са разрешени и съответно всякакви
енергии.
Заредени частици движещи се в електрично поле
трябва да излъчват.
Резултат – разрушаване на атома
Атомен спектър и модел на Бор
нова теория – квантова механика.
•
e- може да се движи само по
определени дискретни орбити –
стационарни енергетични състояния.
Niels Bohr (1885-1962)
Енергия на състоянието = - C/n2
където:
C - константа
n - главно квантово число, n = 1, 2, 3, 4, ....
•Разрешени са само орбитали с n – цяло число
Атомен спектър и модел на Бор
В модела на Бор атома се състои от ядро съдържащо протони и неутрони.
Електроните се движат около ядрото по орбитали в най-ниското енергетично
състояние (основно състояние).
При поглъщане на енергия от атом в основно състояние част от енергията се
предава и електрона може да отиде в по високо енергетично състояние
(възбудено състояние).
При
достатъчна
енергия,
електрона може да се откъсне
от атомната обвивка и да се
получи йон.
Атомен спектър и модел на Бор
При преминаване от възбудено в основно състояние атома
излъчва фотон. Поради това че всяка орбитала има строго
определена енергия при преход на електрона между орбиталите
се излъчва строго определена енергия. Спектъра при този процес
е дискретен.
Ephoton = E2-E1
важно: енергетичните
състояния са различни за
атомите на различните
елементи.
+
E1
E2
E3
Спектър на Н атом
H atom
Да се пресметне енергията на излъчения от атома
на водорода фотон при електронен преход между
състояния с n=1и n=2 в
E = -C (1/22)
n=2
E = -C (1/12) n = 1
DE = Efinal - Einitial = -C[(1/12) - (1/22)] = -(3/4)C
C е определена експериментално и се нарича константа на
Rydberg R = 3.29 x 1015 Hz
Така че, E на излъчената светлина = (3/4)R = 2.47 x 1015 Hz
 = c/ = 121.6 nm (ултравиолетова област)
Спектър на Н атом
1885г, Johann Jacob Balmer, описва коректно излъчените от водородния
атом спектрални линии във видимата област 656.3 nm (червена), 486.1
nm (зелена), 434.1 (синя), 410.2 nm (виолетова).
1 
 1
 R 2  2 

n 
2
1
n  3, 4, 5, ... ( B alm er series )
n = 3,4,5…..
Rydberg constant:
R  1.097  10 m
7
1
Bohr atom
6
5
4
Energy
3
2
1
Ultra Violet
Lyman
Visible
Balmer
Infrared
Paschen
n
Емисионен спектър
Поради разликата в енергетичните състояния на елементите излъчения спектър
за всеки елемент е различен (уникален като пръстов отпечатък)!
Непрекъснат спектър
Атомно-емисионен спектър
Електромагнитният спектър на излъчване от атоми при преход към по-ниско
енергетично състояние.
Атомно-абсорбционен спектър
Селективното поглъщане на монохроматично лъчение от атоми, при което се
реализира разрешен квантов преход на електрон към по-висока по енергия
електронна орбитала.
Непрекъснат, емисионен и абсорбционен спектър
Закони на Kirchoff
Непрекъснат спектър – твърди тела, течности и плътни газове
Емисионен спектър - възбуден газ при ниско налягане
Абсорбционен спектър –газ през който преминава светлина от
източник на непрекъснато излъчване
Заключение
Непрекъснат спектър
•
•
•
термично излъчване
максимума на излъчването се премества към късите
дължини на вълните peak  1/T
Енергията на излъчената светлина нараства  T4
Дискретен спектър
•
•
При преминаване на електрона между орбитали с различни
енергии се излъчва или поглъща светлина с определена
дължина на вълната
Дължината на вълната на тази светлина е различна за
различните елементи