Fizica, material folositorpentru elevii de liceu

1. -SPECTRE ATOMICE-

2.  Atomul este format dintr-un nucleu central în jurul căruia orbitează
electronii.
 Starea fundamentală a atomului este cea cu energie minimă a
aranjamentului electronic.
 Starea excitată se obţine când furnizăm electronilor energie din
exterior printr-un proces oarecare (termic, electromagnetic etc.) şi
aceştia întră în contact cu un foton, primind astfel energie suficientă
pentru a sări pe următorul nivel energetic.
 Starea excitată este instabilă, electronul se întoarce pe vechiul nivel de
energie emiţând un foton, a cărui frecvenţă υ este legată de energia ΔE
prin relaţia lui Planck:
ΔE = hυ = E2 – E1

4.  Culoarea fotonului depinde de diferenţa de energie dintre cei
doi orbitali. Astfel se explică apariţia liniilor spectrale asociate
fiecărui element chimic.
 Din moment ce lumina albă are în componenţă toate culorile
spectrului, atunci când un fascicul de lumină albă acţionează
asupra unei mostre dintr-un element chimic în condiţii
corespunzătoare, atomii acestuia absorb toţi fotonii care le
permit electronilor lor să efectueze salturi între orbitali, astfel
că spectrul de absorbţie este dat de toate culorile din
componenţa luminii albe, minus acelea care corespund
diferenţelor de energie dintre orbitalii atomilor acelui element
chimic.
Când acei electroni revin în mod spontan pe nivelurile
energetice de bază, apar liniile spectrale ale spectrului de
emisie, linii corespunzătoare diferenţelor energetice între
orbitalii caracteristici acelui element.

5. De exemplu, în spectrul atomului de hidrogen:
• Atunci când un electron sare de pe nivelul corespunzător
lui n=3 pe cel asociat lui n=2, este emis un foton cu
frecvenţa corespunzătoare culorii roşu.
• Când un electron sare de pe stratul n=4 pe cel n=2, este
emisă lumină de nuanţa cyan.
• Când un electron sare de pe stratul n=5 pe cel
corespunzător lui n=2, este emisă lumină albastră.
• La saltul de pe stratul n=6 spre cel asociat lui n=2,
lumina emisă este violetă.
• Dacă saltul are loc între straturile energetice n=7,
respectiv n=2, este emisă lumină în zona ultravioletă a
spectrului.
• Nu sunt puse în evidenţă salturi către nivelul energetic
corespunzător lui n=1 deoarece toate sunt însoţite de
emiterea unor fotoni din zona ultravioletă extremă.

7. Inregistrarea a radiației emisă de atomii diferitelor
elemente aflate în stare stare gazoasă a condus la concluzia
ca această radiatie nu este continuă, în sensul că nu conține
unde electromagnetice cu toate lungimile de undă cuprinse
intr-un anumit domeniu, suficient de larg, ci constă în linii
spectrale înguste, corespunzătoare unor lungimi de undă ,
bine determinate.
 Ansamblul de linii spectrale formează spectrul atomic,
specific fiecărei substanțe.

8.  Liniile spectrale pot fi vizualizate cu ajutorul unui instrument
denumit spectroscop a cărui construcţie şi folosire se bazează pe
fenomenul de dispersie a luminii.
 Spectroscopul cuprinde următoarele componente:
1. colimator (C) cu fanta (F)
2. prisma optică (P)
3. luneta (L) pentru observarea spectrelor
4. tubul (T) pentru proiectarea scalei micrometrice (M)

9.  La trecerealuminiipringazesauvaporiaduseînstareadeincandescenţă,
acesteaemitradiaţiicare,analizatecuunspectroscop,suntformatedindiferite
liniicolorate,formândun spectru.Acelaşilucruseîntâmplăşicu uncorpsolid
aduslaincandescenţă.
Fiecăreilungimideundăîicorespundeo liniespectralăsituatăfieîn domeniul
vizibil(400-700nm),fieîndomeniulinvizibil(infraroşu,IR,sauultraviolet,
UV).

10. CLASIFICAREA SPECTRELOR
 Spectrele reprezintă, de fapt, o succesiune de imagini colorate ale
fantei colimatorului.
 Spectrele pot fi: de emisie şi de absorbţie.
- Spectrele de emisie sunt cele date de vapori, gaze sau corpuri solide
aduse în stare de incandescenţă.
- Spectrul de absorbţie al unui corp dat este un ansamblu de linii şi
benzi întunecoase care apar pe fondul spectrului continuu de emisie,
atunci când lumina trece printr-un mediu absorbant.
 Atât spectrele de emisie cât şi cele de absorbţie se împart în trei
tipuri: spectre continue, de linii şi de bandă.

11.  Spectrele de linii aparţin atomilor şi ionilor lor și depind
de structura materialului care le emite.
 Spectrele de bandă aparţin moleculelor.
 Spectrele continue sunt emise de sistemele cu densitate
mare, cum sunt corpurile solide şi lichidele.
Fiecare substanţă emite spectrul său caracteristic şi poate
fi identificată după lungimea de undă caracteristică.

12. Spectru continuu

13. Spectru de emisie, de linii

14. Spectru de absorbție, de linii

15. Serii spectrale
 S-a dovedit experimental că atomul de hidrogen emite
radiaţii şi în ultraviolet, precum şi în infraroşu, liniile
spectrale formând de asemenea serii spectrale.
În anul 1885 Balmer constată că lungimile de undă ale
spectrului atomului de hidrogen pot fi redate cu ajutorul
unei formule empirice:
)
cm
(
10
4
n
n
6
,
3645 8
2
2







16.  Mai târziu Rydberg a notat 1/=număr de undă şi a
generalizat formula pentru întreg spectrul atomului de
hidrogen:
unde n1 caracterizează seria spectrală iar n2 linia în spectrul
respectiv; R = 1,097·107 m-1 este constanta lui Rydberg.

17. • Pe baza formulei generalizate dată de Rydberg se obţin
următoarele serii spectrale:
• n1 = 1, n2 = 2,3,4,…seria Lyman, în UV;
• n1 = 2, n2 = 3,4,5,…seria Balmer, în VIZ;
• n1 = 3, n2 = 4,5,6,…seria Paschen, în IR apropiat;
• n1 = 4, n2 = 5,6,7,…seria Brackett;
• n1 = 5, n2 = 6,7,8,…seria Pfundt;
• n1 = 6, n2 = 7,8,9,…seria Humphrey, ultimele trei fiind toate
în IR îndepărtat.
• Domeniul spectral pentru fiecare serie este specificată astfel:
ultraviolet pentru prima serie, vizibil (V) pentru seria Balmer
și infraroșu (IR) pentru ultimele trei serii.

18. Analiza spectrală
 Deoarece spectrele caracterizează substanţele care emit sau
absorb lumina, studiul acestora pot da informaţii despre natura
acestora.
 Analiza spectrală poate fi calitativă sau cantitativă.
În analiza spectrală calitativă se compara spectrul substanţei
date cu unul de referinţă cunoscut (de obicei, cu spectrul
fierului). Se caută lungimile de undă identificate în tabele
cunoscute şi se află cărei substanţe îi aparţine spectrul respectiv.
Analiza spectrală cantitativă se bazează pe faptul că
intensitatea liniei spectrale depinde de concentraţia atomilor
emiţători din substanţa de studiat. Cu cât concentraţia este mai
mare cu atât intensitatea liniilor spectrale este mai mare.
 Metodele spectrale de analiză sunt larg răspândite în
metalurgie, industria chimică, în prospecţiuni geologice etc.,
precum şi în laboratoarele de cercetare ştiinţifică, deoarece
sunt mai rapide, mai precise şi mai simple.

19. În concluzie...
Studiile experimentale legate de absorbția si emisia radiației
electromagnetice de către atomii diferitelor elemente chimice au
avut un rol fundamental în procesul de elucidare treptată a
structurii atomilor, iar înțelegerea fenomenelor spectografice au
creat necesitatea unei electrodinamici diferite de cea clasică,
unde nu au putut fi explicate, fiind reevaluate în sfera fizicii
cuantice.

20. realizat de:
 Dumitrache Ștefana
 Lazăr Alina
XII A