Номер 7, страница 251 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 51. Типы оптических спектров. Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 7, страница 251.

7*. Расскажите о применении спектрального анализа.

Что такое спектральный анализ и как он проводится?

Спектральный анализ — это совокупность методов физического анализа, направленных на определение качественного и количественного состава вещества на основе изучения его спектров. Спектр представляет собой распределение интенсивности излучения (или поглощения) по длинам волн или частотам.

В основе метода лежит фундаментальное свойство атомов и молекул каждого химического элемента излучать и поглощать электромагнитные волны (свет) строго определённых длин волн (частот). Это связано с тем, что электроны в атомах могут находиться только на дискретных энергетических уровнях. При переходе электрона с более высокого энергетического уровня $E_2$ на более низкий $E_1$ испускается фотон с энергией, равной разности энергий этих уровней: $E_{фотона} = h\nu = E_2 - E_1$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучения. Обратный процесс — поглощение фотона с такой же энергией — переводит атом в возбуждённое состояние. Набор таких характерных частот (спектральных линий) уникален для каждого элемента и служит его "отпечатком пальца".

Проведение спектрального анализа (на примере эмиссионного анализа) включает несколько этапов:

1. Атомизация и возбуждение пробы. Исследуемое вещество переводят в газообразное атомарное состояние и возбуждают его атомы. Для этого пробу вводят в пламя горелки, электрическую дугу или искру, либо облучают лазером. В результате атомы начинают испускать свет.

2. Разложение света в спектр. Излучение от пробы направляется на спектральный прибор (спектроскоп или спектрограф), где с помощью диспергирующего элемента (призмы или дифракционной решётки) оно разлагается на составляющие его монохроматические волны, т.е. получается спектр.

3. Регистрация и анализ спектра. Полученный спектр (в виде набора цветных линий на тёмном фоне) регистрируется с помощью фотопластинки или цифрового детектора (например, ПЗС-матрицы). Затем определяют положения (длины волн) и интенсивности спектральных линий.

4. Идентификация и количественная оценка. Сравнивая полученный спектр с эталонными спектрами известных химических элементов (по атласам спектральных линий), определяют, какие элементы присутствуют в пробе (качественный анализ). По яркости (интенсивности) линий можно судить о концентрации элемента в веществе (количественный анализ).

Ответ: Спектральный анализ — это метод определения состава вещества по его спектру. Он основан на уникальности спектров испускания и поглощения для каждого химического элемента. Проводится путём возбуждения атомов вещества, разложения испускаемого ими света в спектр с помощью призмы или дифракционной решётки и сравнения полученного линейчатого спектра с известными спектрами элементов.

Расскажите о применении спектрального анализа.

Спектральный анализ является одним из самых мощных и универсальных методов исследования, находящим применение в самых разных областях науки и техники благодаря своей высокой чувствительности, точности и скорости.

Астрономия и астрофизика: Это основной метод получения информации о небесных телах. С его помощью определяют химический состав Солнца, звёзд, галактик, межзвёздного газа и атмосфер планет. Также он позволяет измерять их температуру, давление, магнитные поля и скорость движения по эффекту Доплера (красное смещение). Именно так был открыт гелий — сначала в спектре Солнца, а затем на Земле.

Промышленность и металлургия: Для экспресс-анализа состава металлов и сплавов (например, чугуна, стали, бронзы) прямо в цехах. Это позволяет контролировать качество продукции на всех этапах производства. Анализ занимает всего несколько минут.

Геология и горное дело: При поиске и разведке полезных ископаемых для быстрого определения состава руд и минералов. Это помогает оценить перспективность месторождений.

Экология и охрана окружающей среды: Для мониторинга загрязнений. Метод позволяет обнаруживать ничтожные концентрации токсичных веществ (например, ртути, свинца, кадмия) в воде, воздухе, почве и промышленных выбросах.

Криминалистика: При анализе вещественных доказательств. С помощью спектрального анализа исследуют микрочастицы (краски, стекла, металла, следы пороха), найденные на месте преступления, что помогает в идентификации объектов и раскрытии дел.

Медицина и биология: Для определения элементного состава биологических тканей и жидкостей (крови, волос). Это используется в диагностике заболеваний, связанных с нарушением обмена микроэлементов, и для выявления отравлений тяжёлыми металлами.

Археология и искусствоведение: Для неразрушающего анализа состава древних артефактов (керамики, монет, ювелирных изделий) и пигментов в произведениях живописи. Это помогает устанавливать их подлинность, возраст и технологию изготовления.

Ответ: Спектральный анализ широко применяется в астрономии (определение состава звёзд), промышленности (контроль качества сплавов), геологии (поиск руд), экологии (обнаружение загрязнителей), криминалистике (анализ улик), медицине (диагностика) и искусствоведении (исследование артефактов).