Непрерывные спектры

Мы знаем, что с помощью спектрального прибора (призмы или дифракционной решетки) можно «заставить» лучи света, соответствующие разным длинам волн, идти по разным направлениям. Если в свете представлены все длины волн, то на экране мы получаем непрерывный спектр, в котором имеются все цвета от красного до фиолетового, которые плавно переходят один в другой (рис. 24.1).

Рис. 24.2

Распределение интенсивности света по частотам в непрерывном спектре имеет характер, показанный на рис. 24.2. При повышении температуры максимум интенсивности излучения смещается в сторону более высоких частот, а при понижении – в сторону более низких.

Такие спектры дают все светящиеся тела, если они находятся в твердом или жидком состоянии (например, лампа накаливания). Солнечный свет, как мы знаем, тоже имеет непрерывный спектр. Непрерывные спектры дают и сильно сжатые газы.

Совсем другую картину мы получим, если пропустим через спектральный прибор свет, исходящий от светящихся разреженных газов. Например, пары натрия дают одну яркую жёлтую линию (и всё!) (рис. 24.3, 1). Спектр атомарного водорода дает четыре четких линии (рис. 24.3, 2), а спектр гелия – семь линий (рис. 24.3, 3). Заставить газ светиться можно, лишь нагрев его до высоких температур или пропуская через него электрический разряд.

Рис. 24.3

Спректры, состоящие из отдельных линий, называются линейчатыми. Опыт показывает, что линейчатые спектры дают разреженные газы, находящиеся в атомарном (но не молекулярном) состоянии. Линейчатый спектр каждого химического элемента строго индивидуален и не совпадает со спектром любого другого элемента. В некотором смысле он напоминает отпечатки пальцев человека: как по отпечаткам пальцев можно найти преступника, так по наличию в спектре определенных линий можно узнать о присутствии в исследуемом веществе определенного элемента.

На этом основан спектральный анализ – метод определения химического состава вещества по его спектру.

В настоящее время известны спектры всех атомов, поэтому, получив спектр неизвестного вещества, можно определить, какие элементы входят в состав данного вещества. Заметим, что некоторые элементы (гелий, рубидий, цезий, таллий, индий, галлий) были открыты с помощью спектрального анализа. Именно методом спектрального анализа ученые смогли установить химический состав Солнца и звезд.

Читатель: А какие спектры дают молекулы, составленные из нескольких атомов?

Автор: Если свечение дают разреженные газы, состоящий из молекул, которые не диссоциировали на атомы, то получаются так называемые полосатые спектры.

Полосатый спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными промежутками. С помощью очень хорошего спектрального аппарата можно обнаружить, что каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень тесно расположенных линий.

Спектры поглощения

Мы с вами выяснили, что атомы каждого вещества в возбужденном (сильно нагретом) состоянии испускают световые волны строго определенной длины. Возникает вопрос: как эти же атомы поглощают световые волны? То есть что мы увидим, если через холодный неизлучающий газ пропустим белый свет, содержащий волны любой длины?

Эксперимент показывает, что газ наиболее интенсивно поглощает как раз те световые волны, которые он испускает в сильно нагретом состоянии. Темные линии на фоне непрерывного спектра – это линии поглощения, образующие спектр поглощения (см. рис. 24.3, 4–6).

Именно спектр поглощения Солнца позволяет исследовать его химический состав. Ярко светящаяся поверхность Солнца – фотосфера – дает непрерывный спектр. Солнечная атмосфера поглощает избирательно свет от фотосферы, что приводит к появлению линий поглощения на фоне непрерывного спектра фотосферы (см. рис. 24.3, 7).

Заметим, что, сравнив спектры поглощения Солнца со спектрами поглощения гелия и водорода, легко обнаружить, что и линии гелия, и линии водорода присутствуют в солнечном спектре.

СТОП! Решите самостоятельно: А1–А3, В1.