როგორ ეხმარება სპექტროსკოპია ელემენტების ამოცნობას?

1800-იანი და 1900-იანი წლების დასაწყისში მეცნიერებს ჰქონდათ იარაღები სინათლეზე დახვეწილი გაზომვების გასაკეთებლად. მაგალითად, მათ შეეძლოთ პრიზმში ჩაეტარებინათ სინათლე ან გაეტარებინათ იგი გრაგნიდან და გამყოფი სინათლე გაყოფილიყვნენ მის ყველა ფერში. ისინი დასრულდება სურათის სინათლის ინტენსივობის ყველა სხვადასხვა ფერით. ფერების ამ გავრცელებას სპექტრს უწოდებენ და მეცნიერები, რომლებმაც შეისწავლეს ეს სპექტრები, ცოტათი დაიბნენ მათ მიერ დანახული ფერების გავრცელებით. 1900-იანი წლების პირველ ათწლეულებში გაიგეს დიდი ნახტომი. ახლა მეცნიერებს ესმით, თუ როგორ შეიძლება სპექტროსკოპიის გამოყენებით ელემენტების და ნაერთების იდენტიფიცირება.

სინათლე შეიცავს ენერგიას. თუ ატომს აქვს ზედმეტი ენერგია, მას შეუძლია მოშორება მას მსუბუქი პაკეტის გაგზავნით, რომელსაც უწოდებენ ფოტონს. იგი ასევე მუშაობს პირიქით: თუ ფოტონი მოვა ატომთან, რომელსაც შეუძლია გამოიყენოს დამატებითი ენერგია, ფოტონის ათვისება შეიძლება. როდესაც მეცნიერებმა პირველად დაიწყეს სპექტრის ზუსტი გაზომვა, ერთი რამ, რამაც შეცბა ისინი, იყო ის, რომ მრავალი სპექტრი შეწყვეტილი იყო. ანუ, როდესაც ნატრიუმი დაიწვა, მისი სპექტრი არ იყო ყვითელი შუქის გლუვი გავრცელება - ეს იყო რამდენიმე განსხვავებული, პაწაწინა ყვითელი ზოლები. და ყველა სხვა ატომი იგივე გზაა. თითქოს ელექტრონებს ატომებში მხოლოდ ენერგიის ძალიან ვიწრო დიაპაზონის შთანთქმა და გამოსხივება შეეძლოთ - და ეს ზუსტად ასე აღმოჩნდა.

აღმოჩენა, რომ ატომში ელექტრონებს მხოლოდ კონკრეტული ენერგიის დონის გამოსხივება და ათვისება შეუძლიათ, კვანტური მექანიკის სფეროს გულს წარმოადგენს. თქვენ შეიძლება ასე იფიქროთ ისე, თითქოს ელექტრონი ერთგვარი კიბეზე იყოს ატომის ბირთვის გარშემო. რაც უფრო მაღალია კიბეზე, მით მეტი ენერგია აქვს მას - მაგრამ ის არასდროს შეიძლება იყოს კიბის საფეხურებს შორის, ის უნდა იყოს ამა თუ იმ საფეხურზე. ამ ნაბიჯებს ენერგიის დონეები ეწოდება. ასე რომ, თუ ელექტრონი მაღალ ენერგეტიკულ დონეზეა, მას შეუძლია მოაცილოს ზედმეტი ენერგია რომელიმე ქვედა დონეზე ჩამონგრევით - მაგრამ მათ შორის არა სადმე.

ატომი ერთად რჩება, რადგან მის ცენტრში არსებული ბირთვი დადებითად არის დამუხტული, ხოლო ციების ელექტრონები უარყოფითად არიან დამუხტული. საპირისპირო მუხტები იზიდავს ერთმანეთს, ამიტომ ელექტრონები ცდილობენ ბირთვთან ახლოს დარჩნენ. მაგრამ გაყვანის სიძლიერე დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენი დადებითი მუხტია ბირთვში და რამდენი სხვა ელექტრონები ციმციმებენ გარშემო, ერთგვარი ბლოკირება უკიდურეს ელექტრონებს პოზიტივის დაძაბვის განცდაში ბირთვი. ასე რომ, ატომში ენერგიის დონე დამოკიდებულია იმაზე, თუ რამდენი პროტონია ბირთვში და რამდენი ელექტრონია ბირთვის გარშემო. მაგრამ როდესაც ატომს აქვს პროტონისა და ელექტრონის სხვადასხვა რაოდენობა, ეს ხდება სხვა ელემენტი.

იმის გამო, რომ თითოეულ ელემენტს ბირთვში აქვს პროტონის სხვადასხვა რაოდენობა, თითოეული ელემენტის ენერგეტიკული დონე უნიკალურია. მეცნიერებს შეუძლიათ გამოიყენონ ეს ინფორმაცია ორი ძირითადი გზით. პირველ რიგში, როდესაც ნივთიერება მიიღებს დამატებით ენერგიას - მაგალითად, როდესაც თქვენ მარილს ცეცხლში აყენებთ - ნივთიერების ელემენტები ხშირად გაათავისუფლებენ ამ ენერგიას სინათლის გამოსხივებით, რომელსაც ემისიების სპექტრი ეწოდება. მეორე, როდის მსუბუქი მოგზაურობები გაზის საშუალებით, მაგალითად, გაზს შეუძლია შუქის ნაწილი შეიწოვოს - ეს არის შთანთქმის სპექტრი. ემისიის სპექტრებში გამოჩნდება ნათელი ხაზები, რაც შეესაბამება ელემენტების ენერგეტიკულ დონეთა სხვაობას, სადაც შთანთქმის სპექტრში ხაზები მუქი იქნება. ხაზების ნიმუშის შესწავლით, მეცნიერებს შეუძლიათ გაარკვიონ ელემენტის ენერგეტიკული დონის ნიმუში. მას შემდეგ, რაც ყველა ელემენტს აქვს უნიკალური ენერგიის დონე, სპექტრს შეუძლია დაეხმაროს ელემენტის იდენტიფიცირებაში.