Номер 6, страница 174 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

6. В чем заключается метод спектрального анализа?

6. Метод спектрального анализа — это физический метод определения качественного и количественного состава вещества, который основан на изучении его спектров.

В основе метода лежит фундаментальный принцип квантовой физики: атомы каждого химического элемента (а также молекулы и ионы) обладают уникальным, строго определенным набором энергетических уровней. Когда электрон в атоме переходит с одного энергетического уровня на другой, происходит поглощение или излучение кванта электромагнитной энергии — фотона. Энергия этого фотона $\text{E}$ точно соответствует разности энергий уровней $\Delta E$ и связана с частотой $\nu$ и длиной волны $\lambda$ излучения соотношениями: $\Delta E = h\nu = \frac{hc}{\lambda}$, где $\text{h}$ — постоянная Планка, а $\text{c}$ — скорость света.

Поскольку набор энергетических уровней для каждого элемента уникален, то и набор частот (длин волн), которые он может излучать или поглощать, также строго индивидуален. Эта совокупность спектральных линий образует спектр, который является своего рода "отпечатком пальцев" или "штрихкодом" химического элемента, позволяющим однозначно его идентифицировать.

Различают два основных вида спектров, используемых для анализа:

1. Спектры испускания (эмиссионные). Их получают, когда атомы вещества приводят в возбужденное состояние, например, нагревая его до высокой температуры в пламени или электрической дуге. Возбужденные атомы самопроизвольно возвращаются в более стабильные состояния с меньшей энергией, излучая при этом фотоны. Свет, излучаемый веществом, разлагается с помощью призмы или дифракционной решетки в спектр. Для разреженных атомарных газов это линейчатый спектр — набор отдельных ярких цветных линий на темном фоне.

2. Спектры поглощения (абсорбционные). Их наблюдают, когда через холодное (невозбужденное) вещество в газообразном состоянии пропускают свет со сплошным спектром (например, свет от лампы накаливания). Атомы вещества поглощают из этого света фотоны только тех энергий, которые соответствуют возможным переходам их электронов на более высокие уровни. В результате на фоне сплошного радужного спектра появляются темные линии — линии поглощения, расположенные точно там же, где находились бы яркие линии в спектре испускания этого же элемента.

Таким образом, процедура спектрального анализа заключается в получении спектра исследуемого образца и его последующей расшифровке. По расположению (длинам волн) спектральных линий определяют, какие химические элементы присутствуют в образце (качественный анализ). По интенсивности (яркости или ширине) этих линий можно судить о концентрации или количестве данного элемента в веществе (количественный анализ).

Ответ: Метод спектрального анализа заключается в определении химического состава вещества по его оптическому спектру (испускания или поглощения). Основой метода является тот факт, что каждый химический элемент имеет уникальный, характерный только для него линейчатый спектр, что позволяет однозначно идентифицировать его наличие в исследуемом образце и определять его количество.