Номер 5, страница 253 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Подумайте, почему во многих случаях для анализа предпочитают исследовать спектры поглощения, а не излучения.

Исследование спектров поглощения во многих случаях является предпочтительным по сравнению с исследованием спектров излучения по нескольким ключевым причинам, связанным с практичностью, универсальностью и физическими принципами, лежащими в основе этих методов.

1. Условия проведения анализа. Для получения спектра излучения необходимо перевести атомы или молекулы вещества в возбужденное состояние. Обычно это требует высоких температур (например, в пламени, электрической дуге или плазме), что технически сложно, энергозатратно и может привести к разрушению анализируемого образца, особенно если речь идет о сложных органических соединениях. Для получения спектра поглощения достаточно пропустить через образец свет от источника сплошного спектра (например, от лампы). Анализ, как правило, можно проводить при комнатной температуре, что значительно проще и не разрушает образец.

2. Универсальность по отношению к агрегатному состоянию вещества. Спектры поглощения можно легко получить для веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях: в виде газов, жидкостей (растворов) и даже тонких пленок твердых тел. Это делает абсорбционную спектроскопию очень универсальным методом. Эмиссионный спектральный анализ (по спектрам испускания) в основном применяется для атомарных газов или паров, так как в конденсированных средах (жидкостях, твердых телах) спектральные линии сильно уширяются из-за межмолекулярных взаимодействий, что затрудняет или делает невозможным точный анализ.

3. Стабильность и интенсивность сигнала. Спектры поглощения возникают при переходе частиц (атомов, молекул) с основного энергетического уровня на возбужденные. При обычных температурах подавляющее большинство частиц находится именно в основном, невозбужденном состоянии. Согласно распределению Больцмана, населенность $N_i$ энергетического уровня с энергией $E_i$ пропорциональна $e^{-E_i/(kT)}$, где $k$ – постоянная Больцмана, а $T$ – абсолютная температура. Поскольку энергия возбужденных состояний значительно выше энергии основного, их населенность при комнатной температуре ничтожно мала. Интенсивность линий поглощения пропорциональна числу частиц в основном состоянии, которое велико и стабильно. Напротив, интенсивность линий излучения зависит от числа частиц в возбужденном состоянии, которое не только мало, но и очень чувствительно к малейшим колебаниям температуры и другим условиям возбуждения. Это делает спектры поглощения, как правило, более стабильными, воспроизводимыми и удобными для количественного анализа.

Ответ: Спектры поглощения предпочитают исследовать по трем основным причинам: 1) Для их получения не требуется сильно возбуждать атомы (например, нагревом), что проще, дешевле и позволяет анализировать вещества, не разрушая их. 2) Метод применим к веществам в разных агрегатных состояниях (газ, жидкость, твердое тело), в то время как спектры излучения в основном характерны для газов и паров. 3) Поскольку большинство атомов при обычных условиях находится в основном, а не в возбужденном состоянии, линии поглощения оказываются более интенсивными и стабильными, что повышает точность и надежность анализа.