Дісперсія та полярізація світла. Спектри. Cпектральний аналіз
Дисперсія світла
Дисперсія – це залежність швидкості світла в речовині від частоти проходження світла або довжини хвилі.
Уперше це явище спостерігав та пояснив англійський фізик Ісак Ньютон.
Якщо тонкий пучок сонячного світла спрямувати на скляну призму, після заломлення в ній можна спостерігати розкладення білого світла в кольоровий спектр: сім основних кольорів – червоний, оранжевий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий — плавно переходять один в один. Найменше відхиляються від початкового напрямку падіння червоні промені, найбільше – фіолетові.
Оскільки біле світло є сукупністю різних кольорів, можна пояснити виникнення забарвлення предметів. Наприклад, зелений колір листя рослини обумовлений тим, що листя поглинає промені всіх кольорів, а зелені відбивають. Тому ми бачимо зелений колір листя.
Різноманітний світ кольорів викликає у кожної людини індивідуальні відчуття.
Прилад для спостереження спектрів і розкладання світла у спектр називається спектроскопом.
Полярізація світла
Cвітло — це електромагнітні поперечні коливання векторів магнітного та електричного полів. Сонячне світло не поляризоване, це означає, що такі коливання в кожний момент часу відбуваються в найрізноманітніших напрямках, хаотично. Проте падаючи на будь-яку поверхню, випромінювання взаємодіє з її речовиною та структурою й у результаті набуває не хаотичного, а певного організованого характеру, отримує певний переважний напрям коливань, тобто поляризується. Іншими словами, це характеристика світла, яке, будучи відбитим від будь-якої поверхні, несе важливу інформацію про такі визначальні властивості складників її частинок, як розмір, форма, показник переломлення, можлива орієнтація їх тощо.
Спектри
Електромагнітні хвилі випромінюються при прискореному русі заряджених частинок. Ці частинки входять до будови атомів, із яких складається речовина.
Для того щоб атом почав випромінювати, йому необхідно передати певну енергію. Електромагнітні хвилі бувають різної довжини. Світло становить тільки невеличку частину цього різноманіття хвиль.
Хоча всі хвилі мають багато відмінностей, але мають одну природу, кінцеву швидкість і загальні хвильові властивості.
Різниця у властивостях пов’язана з джерелом хвиль. Жодне джерело не дає монохроматичного світла. Спектр може бути суцільним, лінійчатим, смугастим.
Суцільний спектр випромінюють тіла, які знаходяться у твердому або рідинному стані, а також сильно стиснуті гази.
Для отримання суцільного спектру треба нагріти тіло до високої температури (наприклад, Сонце, електрична дуга, високотемпературна плазма).
Лінійчатий спектр дають усі речовини в газоподібному атомарному стані.
Дослідження лінійчатих спектрів речовини дозволяє визначити, з яких хімічних елементів вона складається, і в якій кількості міститься будь-який елемент у даній речовині.
Смугасті спектри утворюються не атомами, а молекулами, не пов’язаними одна з одною.
Тема № 6 Випромінювання та спектри. Джерела світла. Спектри випромінювання
Спектри поглинання
Прозорі тіла поглинають частину світла, що падає на них. Якщо біле світло пропустити через такі речовини, то в суцільному спектрі білого світла з’являться темні лінії, або смуги поглинання. Для різних речовин вид спектру поглинання буде різним – темні смуги та лінії поглинання виникають у різних місцях суцільного спектру, мають різну ширину. Але кожна речовина поглинає промені тільки тих довжин хвиль, які вони випромінюють
Джерело електромагнітних хвиль – це заряджені частинки, які прискорено рухаються.
Об’єднавши всі електромагнітні хвилі, ми отримаємо шкалу, або спектр електромагнітних випромінювань.
Шкала електромагнітних хвиль – безперервна послідовність частот і довжин хвиль електромагнітних випромінювань.
Інфрачервоне випромінювання на шкалі електромагнітних випромінювань займає місце між радіохвилями та видимим світлом.
Усі нагріті тіла випромінюють інфрачервоні промені. Джерелами цих променів є Сонце, лампи розжарювання, електрична дуга, різні газорозрядні лампи. Речовини, прозорі для видимого світла (наприклад, вода) непрозорі для інфрачервоного, і навпаки, непрозорі тіла для видимого світла (наприклад, чорний папір) стають прозорими для інфрачервоного.
Ультрафіолетове випромінювання – невидиме оком випромінювання, яке отримують за допомогою тліючого розряду.
Довжина хвиль для ультрафіолетового випромінювання менша, ніж для видимого світла. Джерелом цього випромінювання також є Сонце, зорі, високотемпературна плазма. Застосовують у медицині, криміналістиці, мистецтвознавці.
Рентгенівські хвилі – електромагнітні хвилі, коротші за ультрафіолетові.
Джерелом цих хвиль є рентгенівські трубки, Сонце тощо. Рентгенівські промені здатні проходити через матеріали, непрозорі для світла. Використовують у медицині, рентгеноскопії.
Найкоротшими на шкалі електромагнітного випромінювання є гамма-промені. За своїми властивостями дуже схожі на рентгенівські, але їх проникаюча дія набагато більша, ніж у рентгенівських променів.
Спектральний аналіз
Спектральний аналіз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об’єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, 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
«мас-спектрометричний» — за спектром мас атомарних чи іонів.
«абсорбційний»" Атомно-абсорбційний аналіз" — за спектром поглинання,