Fenomene în Care se maniFestă struCtura Compusă a atomului Din cursul gimnazial de fizică cunoașteţi că la trecerea razei de lumină monocromatică prin prisma triunghiulară transparentă, aflată în aer, raza se îndreaptă spre bază. Dacă însă pe prismă cade lumină albă, se produce dispersia luminii – lumina se descom pune în raze colorate, corespunzătoare diferitor lungimi de undă. Pe ecranul pe care ele cad se obţine un tablou colorat, numit spectru. Deci prisma triunghiulară permite analizarea radia ţiilor luminoase, determinarea lungimilor de undă prin descompunerea radiaţiei incidente în spectru. Aparatul destinat observării vizuale a spectrelor este numit spectroscop. Schema optică de principiu a acestuia este prezentată în figura 6.1. Radiaţia emisă de sursa de lumină S pătrunde în colimatorul C1 prin fanta îngustă F, aflată în planul focal al lentilei convergente L1. Ca rezultat, colimatorul formează un fascicul de raze paralele ce cade pe prisma P. În urma refracţiei și dispersiei prin prismă, se propagă o totalitate de fascicule de raze paralele. Ele cad pe lentila L2 a came- rei C2 și, după refracţia în lentilă, razele paralele se inter sectează în planul focal al acesteia. Fasciculele ce corespund diferitor lungimi de undă (culori) după trecerea prin prismă se propagă în direcţii diferite, din care cauză se intersectează în punctele respective ale planului focal al lentilei L2. Aici se și obţine spectrul ce caracterizează radiaţia emisă de sursa S. Fig. 6.1 În figu ra 6.1 sunt reprezentate razele și spectrul obţinut în cazul a trei culori: roșu, verde și albastru. Isaac Newton a orientat un fascicul de lumină solară asupra prismei și a observat pentru prima dată descompunerea lui în spectru continuu (fig. V, a,
planșa color, p. 162), descoperind astfel dispersia luminii. Spectrele radiaţiilor emise de diferite corpuri au fost studiate detaliat în secolul XIX. Savanţii germani – fizicianul Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) și chimistul Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899) – au studiat amănunţit spectrele emise de unele substanţe introduse în flacăra spirtierei. La temperaturile respective substanţele cercetate se aflau în stare gazoasă, erau descompuse în atomi excitaţi în urma ciocnirilor dintre ei la viteze mari. Ca rezultat, s-a constatat că spectrele radiaţiei emise de acești atomi sunt discon tinue. Ele reprezintă un șir de linii colorate ce corespund anumitor valori ale lungimilor de undă. Spectrele emise de atomii excitaţi sunt numite spectre de linii. În figura V (planșa color, p. 162) sunt prezentate spectrele respective pentru sodiu (b), hidrogen (d) și heliu (f). Kirchhoff și Bunsen au stabilit (a. 1859) că fiecărui tip de atomi îi corespunde un anumit spectru.
roșu verde albastru
92
După tabloul spectrului pot fi identificaţi atomii care l-au emis. Acest fapt stă la baza analizei spectrale. Dacă în spectrul obţinut se înregistrează linii spectrale ce nu aparţin atomilor cunoscuţi, substanţa respectivă conţine atomi ai unor elemente chimice necunoscute. Pe această cale, în anul 1868, în spectrul Soarelui a fost descoperit heliul (helios în l. greacă „soare”), care în 1895 a fost identificat în condiţii terestre. Spectrele emise de gazele moleculare reprezintă sisteme de linii spectrale grupate în benzi separate una de alta şi sunt numite spectre de bandă (fig. V, i, planşa color, p. 162).
Spectrele descrise mai sus – continue, de linii şi de benzi – se obţin în urma descompunerii radiaţiei emise de corpurile respective la propagarea ei prin prismă şi se numesc spectre de emisie. Dacă radiaţia luminoasă emisă de un corp incandescent se propagă, înainte de a cădea pe prismă, printr-un gaz rece care nu emite lumină, atunci pe fondul spectrului continuu, observat în lipsa acestui gaz, apar linii întunecate (fig. V, spectrele c, e, g, h, planșa color, p. 162). Totalitatea liniilor întunecate pe fondul spectrului continuu constituie spectrul de absorbţie. Apariţia liniilor negre se explică prin absorbţia radiaţiilor cu anumite lungimi de undă de către atomii gazului traversat de radiaţia corpului incandescent. Kirchhoff a stabilit (a. 1860) că gazele absorb radiaţii având lungimi de undă egale cu cele ale radia ţiei pe care o emit. La suprapu nerea spectrului de absorbţie pe cel de emisie ale ace luiași gaz se obţine, evident, un spectru continuu. Rezultatul obţinut de Kirchhoff este cunoscut ca legea inversiei spectrului sau legea lui Kirchhoff. De menţionat că linii întunecate pe fondul spectrului continuu au fost observate pentru prima dată în anul 1802 de către fizicianul englez William Hyde
Wollas ton (1766–1828). În anii 1814–1815, fizicianul german Joseph von Fraunhofer (1787–1826) a studiat liniile întunecate din spectrul Soarelui (fig. V, h,
planșa color, p. 162). Ulterior liniile întunecate din spectre au fost numite linii Fraunhofer. Spectrele de linii sunt proprii substanţelor în stare gazoasă, adică substanţelor descompuse în atomi. Caracterul acestora, poziţia liniilor spectrale pot fi explicate doar în baza structurii interioare a atomilor. În anii 1858–1859, investigând descărcarea electrică în gaze rarefiate, fizicianul german Julius Plücker (1801–1868) a descoperit existenţa unei radiaţii emise de catod ce se propagă perpendicular de la suprafaţa lui. În anul 1876, fizicianul german Eugen Goldstein (1850–1930) a numit aceste radiaţii raze catodice, iar în anul 1895 fizicianul francez Jean-Baptiste Perrin (1870–1942) a stabilit că razele catodice sunt un flux de particule încărcate cu sarcină electrică negativă. Doi ani mai târziu, în 1897, fizicianul englez Joseph John Thomson (1856– 1940) a studiat mișcarea parti culelor catodice în câmpuri electrice și magne tice și a determinat sarcina specifică a lor, adică raportul dintre sarcina electrică q și masa lor m. Acest raport era de mii de ori mai mare decât respectivele rapoarte pentru ioni. Considerând sarcina electrică a particulei catodice egală în modúl cu sarcina electrică elementară, |q| = e, conchidem că masa ei este mult mai mică decât masa atomului de hi dro gen care este cel mai ușor atom. Particula descoperită a fost numită electron, denumire propusă în anul 1890 de către Stoney pentru sarcina electrică elementară. Astfel, a fost descoperit electronul – primul din lanţul particu lelor elemen tare descoperite ulterior. Electronul este o particulă din componenţa substan ţei, aceasta fiind formată din atomi cu mase mult mai mari decât a electronului. S-a concluzionat că electro nii fac parte din structura atomilor, în baza căreia ar putea fi explicate spectrele de linii.
Verificaţi-vă cunoştinţele 1. Ce fenomen optic se află la baza principiului de funcţionare a spectroscopului? 2. Care este caracterul spectrelor emise de atomi? Dar al celor emise de molecule? 3. Cum se explică prezenţa liniilor întunecate în spectrele de absorbţie?
4. Ce este comun pentru spectrul de emisie şi pentru cel de absorbţie al unuia
planșa color, p. 162), descoperind astfel dispersia luminii. Spectrele radiaţiilor emise de diferite corpuri au fost studiate detaliat în secolul XIX. Savanţii germani – fizicianul Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) și chimistul Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899) – au studiat amănunţit spectrele emise de unele substanţe introduse în flacăra spirtierei. La temperaturile respective substanţele cercetate se aflau în stare gazoasă, erau descompuse în atomi excitaţi în urma ciocnirilor dintre ei la viteze mari. Ca rezultat, s-a constatat că spectrele radiaţiei emise de acești atomi sunt discon tinue. Ele reprezintă un șir de linii colorate ce corespund anumitor valori ale lungimilor de undă. Spectrele emise de atomii excitaţi sunt numite spectre de linii. În figura V (planșa color, p. 162) sunt prezentate spectrele respective pentru sodiu (b), hidrogen (d) și heliu (f). Kirchhoff și Bunsen au stabilit (a. 1859) că fiecărui tip de atomi îi corespunde un anumit spectru.
roșu verde albastru
92
După tabloul spectrului pot fi identificaţi atomii care l-au emis. Acest fapt stă la baza analizei spectrale. Dacă în spectrul obţinut se înregistrează linii spectrale ce nu aparţin atomilor cunoscuţi, substanţa respectivă conţine atomi ai unor elemente chimice necunoscute. Pe această cale, în anul 1868, în spectrul Soarelui a fost descoperit heliul (helios în l. greacă „soare”), care în 1895 a fost identificat în condiţii terestre. Spectrele emise de gazele moleculare reprezintă sisteme de linii spectrale grupate în benzi separate una de alta şi sunt numite spectre de bandă (fig. V, i, planşa color, p. 162).
Spectrele descrise mai sus – continue, de linii şi de benzi – se obţin în urma descompunerii radiaţiei emise de corpurile respective la propagarea ei prin prismă şi se numesc spectre de emisie. Dacă radiaţia luminoasă emisă de un corp incandescent se propagă, înainte de a cădea pe prismă, printr-un gaz rece care nu emite lumină, atunci pe fondul spectrului continuu, observat în lipsa acestui gaz, apar linii întunecate (fig. V, spectrele c, e, g, h, planșa color, p. 162). Totalitatea liniilor întunecate pe fondul spectrului continuu constituie spectrul de absorbţie. Apariţia liniilor negre se explică prin absorbţia radiaţiilor cu anumite lungimi de undă de către atomii gazului traversat de radiaţia corpului incandescent. Kirchhoff a stabilit (a. 1860) că gazele absorb radiaţii având lungimi de undă egale cu cele ale radia ţiei pe care o emit. La suprapu nerea spectrului de absorbţie pe cel de emisie ale ace luiași gaz se obţine, evident, un spectru continuu. Rezultatul obţinut de Kirchhoff este cunoscut ca legea inversiei spectrului sau legea lui Kirchhoff. De menţionat că linii întunecate pe fondul spectrului continuu au fost observate pentru prima dată în anul 1802 de către fizicianul englez William Hyde
Wollas ton (1766–1828). În anii 1814–1815, fizicianul german Joseph von Fraunhofer (1787–1826) a studiat liniile întunecate din spectrul Soarelui (fig. V, h,
planșa color, p. 162). Ulterior liniile întunecate din spectre au fost numite linii Fraunhofer. Spectrele de linii sunt proprii substanţelor în stare gazoasă, adică substanţelor descompuse în atomi. Caracterul acestora, poziţia liniilor spectrale pot fi explicate doar în baza structurii interioare a atomilor. În anii 1858–1859, investigând descărcarea electrică în gaze rarefiate, fizicianul german Julius Plücker (1801–1868) a descoperit existenţa unei radiaţii emise de catod ce se propagă perpendicular de la suprafaţa lui. În anul 1876, fizicianul german Eugen Goldstein (1850–1930) a numit aceste radiaţii raze catodice, iar în anul 1895 fizicianul francez Jean-Baptiste Perrin (1870–1942) a stabilit că razele catodice sunt un flux de particule încărcate cu sarcină electrică negativă. Doi ani mai târziu, în 1897, fizicianul englez Joseph John Thomson (1856– 1940) a studiat mișcarea parti culelor catodice în câmpuri electrice și magne tice și a determinat sarcina specifică a lor, adică raportul dintre sarcina electrică q și masa lor m. Acest raport era de mii de ori mai mare decât respectivele rapoarte pentru ioni. Considerând sarcina electrică a particulei catodice egală în modúl cu sarcina electrică elementară, |q| = e, conchidem că masa ei este mult mai mică decât masa atomului de hi dro gen care este cel mai ușor atom. Particula descoperită a fost numită electron, denumire propusă în anul 1890 de către Stoney pentru sarcina electrică elementară. Astfel, a fost descoperit electronul – primul din lanţul particu lelor elemen tare descoperite ulterior. Electronul este o particulă din componenţa substan ţei, aceasta fiind formată din atomi cu mase mult mai mari decât a electronului. S-a concluzionat că electro nii fac parte din structura atomilor, în baza căreia ar putea fi explicate spectrele de linii.
Verificaţi-vă cunoştinţele 1. Ce fenomen optic se află la baza principiului de funcţionare a spectroscopului? 2. Care este caracterul spectrelor emise de atomi? Dar al celor emise de molecule? 3. Cum se explică prezenţa liniilor întunecate în spectrele de absorbţie?
4. Ce este comun pentru spectrul de emisie şi pentru cel de absorbţie al unuia
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu