РешеткаУсловияУсловия§2.3. Дисперсия света и спектральный анализ

Дисперсией света называется зависимость показателя преломления n вещества от частоты ν (длины волны λ) света или зависимость скорости распространения υ световых волн от его частоты ν:

n=f(λ)

Такая зависимость в той или иной мере свойственна всем веществам, но существуют среды с выраженной зависимостью n(λ) (диспергирующие вещества). По теории Максвелла , а для большинства веществ , (т.к. μ≈1) такая зависимость не должна существовать. Это противоречие устранила теория Лоренца, но полностью объясняется в квантовой теории.

З ависимость показателя преломления вещества от частоты означает, что одна и та же среда по-разному преломляет различные монохроматические лучи (т. е. лучи с различными значениями λ). Благодаря дисперсии луч белого света, проходящий через преломляющую среду, оказывается разложенным на различные монохроматические лучи (т.е. образуется дисперсионный спектр). Наиболее отчетливо дисперсионный спектр обнаруживается при преломлении света через призму. Так как угол отклонения света призмой зависит от n ( ), то лучи разных длин волн после прохождения призмы окажутся отклоненными на разные углы, т.е. пучок белого света за призмой разлагается в спектр. Это и наблюдал Ньютон, который впервые доказал, что белый свет состоит из смеси различных цветов.

Цвета, полученные разложением света в спектр, называются спектральными или чистыми, остальные – смешанными. Пары цветов, которые при смешивании дают белый свет, называются дополнительными:(например красный + сине-зеленый или оранжевый + синий дают белый свет).

Дисперсионные и дифракционные спектры широко используются при определении химического состава вещества (спектральный анализ).

Спектральный анализ – это метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на получении и исследовании спектров поглощения и испускания.

Внешний вид спектров может быть весьма разнообразным и зависит от свойства и химического состава источника света. Различают три основных типа спектров излучения: сплошные, линейчатые и полосатые.

В сплошном спектре представлены все цвета (длины волн), причем переход от одного цвета к другому совершается постепенно (непрерывно). Примером такого спектра может служить обыкновенная радуга.

Линейчатый спектр состоит из ряда резко очерченных цветных линий (так называемых эмиссионных линий), отделенных друг от друга широкими темными промежутками. Каждой линии соответствует одна определенная длина световой волны (точнее, очень узкий интервал длин волн). Полосатый спектр состоит из большого числа линий, расположенных так близко друг к другу, что они сливаются в виде отдельных полос.

Линейчатые спектры излучаются отдельными (не взаимодействующими друг с другом) возбужденными атомами или ионами.

Полосатые спектры излучаются отдельными возбужденными молекулами.

Сплошные спектры излучаются совокупностями многих взаимодействующих между собой молекулярных и атомных ионов.

Если свет от источника, дающий сплошной спектр, предварительно пропущен через разреженный газ (или пар), то на спектре появляются черные линии (или полосы), которые соответствуют линиям (или полосам) спектра излучения данного газа. Такого рода спектр (так называемый спектр поглощения) обусловлен тем, что газы поглощают идущие от источника свет на тех же длины волнах или точно те линии спектра, которые они сами излучают. Наглядно эту картину можно увидеть при наблюдениях солнечных спектров. Обычный солнечный спектр собой представляет спектр поглощения фотосферы - светящего диска солнца. Во время полных солнечных затмений, когда светящий диск солнца закрывается луной, появляется возможность наблюдать спектра хромосферы – атмосферы солнца. В одно мгновения исчезает непрерывный, цветной спектр с линиями поглощения и появляется на слабом, темном фоне, на месте линии поглощения яркие эмиссионные линии.

Для каждого химического элемента или иона (находящегося в состоянии разреженного газа или пара) характерен вполне определенный спектр излучения или поглощения (по числу спектральных линий, их цвету (длины волны) и взаимному расположению). Обнаружение спектральной линии того или иного химического элемента в каком-нибудь веществе или среде безоговорочно говорит о его присутствии в данной среде.