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光谱的形成和种类

1.光谱

许多物质都能吸收光或发射光。为了研究物质的这种性质,人们 常常利用仪器将物质吸收或发射的光的波长和强度记录下来,就得到 了光谱图,即所谓的光谱。

一般按谱线的密集程度将光谱分为连续光谱和线状光谱。

若由光谱仪获得的光谱是由各种波长的光所组成,且相近的波长 差别极小而不能分辨,则所得光谱为连续光谱。

若由光谱仪获得的光谱是由特定波长的、彼此分离的谱线所组成, 则所得光谱为线状光谱。

阳光形成的光谱是由波长差别极小的很多谱线组成的连续光谱,如下图所示。

光谱的形成和种类

连续光谱

由四条特定波长的、彼此分离的谱线所组成的线状光谱如下图所示。

光谱的形成和种类

光谱也可以分为发射光谱和吸收光谱。物体发光直接产生的光谱叫做发射光谱。吸收光谱是指高温物体发出的白光(其中包含连续分布的一切波长的光),通过温度低的气体物质时某些波长的光波被气体物质吸收后产生的光谱,所以吸收光谱是以连续光谱为背景的若干条 暗线。各种原子的吸收光谱中的每条暗线,都跟该种原子的发射光谱 中的一条明线相对应。通常所说的光谱,一般是指发射光谱。如以下两图所示:

光谱的形成和种类

2.从波尔的原子结构模型的要点来分析光谱

为什么原子能产生光谱呢?以氢原子为例加以说明:基态的氢原 子,其电子在离核最近的具有特定能量(E1)的轨道中运动。基态的氢 原子通过加热或受到电能的作用转变成激发态的氢原子,某种激发态的氢原子,其电子在具有特定能量(En)的离核较远的某一轨道中运动。激发态的氢原子不稳定,通过其电子跃迁回到离核最近的轨道中运动,同时将能量释放出来的方式,转变成基态原子。在此过程中,释放出的能量一般表现为光的形式,由此大家即可理解高温的物质和霓 虹灯为什么可以发光,并且可以被光谱记录下来得到光谱。

为什么由某一种原子产生的光谱是线状光谱呢?电子在具有特定 能量(En)的某一轨道中运动的某种激发态的氢原子转变成基态原子 时,所产生的光满足hν=En一E1,电子在具有特定能量(Ei)的某一轨道中运动的另一种激发态的氢原子转变成基态原子时,所产生的光满足hν=Ei—E1。由于轨道能量是量子化的,即EiE1,所以这两种光的频率不同,导致其波长不同,在光谱图中两条谱线彼此分离,这样就是一种线状光谱。

为什么阳光产生的光谱是连续光谱呢?太阳发光的原理是通过核反应产生能量,这些能量被上百种元素的原子获得,上百种元素的原子又产生了无法计数的很多种激发态原子,由这些激发态原子产生的光当然几乎所有的频率、波长都有,导致相近的波长差别极小而不能分辨,就是连续光谱。

由波尔的原子结构模型的第三个要点也不难理解:按照产生的方 式不同,光谱可以分为发射光谱和吸收光谱,且同一物质的发射光谱和 吸收光谱原则上应为互补关系。

(责任编辑:化学自习室)
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