Жұтылу және шығару спектрлерінің сипаттамасы

Әртүрлі жарық көзінен шыққан сәулені қарастырсақ, оларды сипаттайтын спектрлері түрліше болады.

Сиретілген газдар мен булардың шығаратын жарықтарының спектрлері жеке дискретті сызықтардан тұрады. Мысалы, инертті газдардың (гелий, неон, аргон сияқты), сутегі оттегі атомдарының және металл буларының жарығының спектрлері дискретті (жеке, дара) сызықтардан құралады. Ондай спектрлер сызықтық спектрлер деп аталады.

Ал, қызған қатты денелер мен сұйықтар шығаратын жарық сәулесінің спектрлері тұтас болады. Яғни, мұндай спектрді құрайтын толқындардың ұзындығы үздіксіз жалғасып бір түспен екінші түстің жігі білінбей кетеді. Олардың толқын ұзындықтарын жәй көзбен ажырату мүмкін емес. Мысалы, қызған темір, қызған электр лампасының, шамның жалынындағы қызған көмір бөлшектерінің жарықтарының спектрлері тұтасып кетеді, сондықтан оны тұтас спектр деп атаймыз.

Сызықтық спектрдің әрқайсысы белгілі бір монохрамат жарық толқын ұзындығына сәйкес келеді. Металдың булары мен инертті газдар жеке атомдардан құралғандықтан, олардың сызықтық спектрін дара атомдар береді, сондықтан ол атомдық спектрлер деп аталады. Атомның осы спектрлік сызықтары спектрдің көрінетін бөлігінде де, көрінбейтін инфраққызыл және ультракүлгін бөліктерінде де болады. Химиялық әртүрлі элементтердің атомдарының өздеріне тән шығаратын спектрлері болады. Олар бір-біріне сәйкес келмейді.

Жарық шығарып тұрған қатты және сұйық денелердің және атомдық газдардың сызықтық спектрімен тұтас спектрін сәуле шығару спектрлері деп атаймыз.

Қызған, тұтас спектр беретін жарық көзінен тараған жарық, жолында тұрған заттан өткенде жарық спектрінің әр жерінде бірнеше қара-қоңыр жолақтар пайда болады. Яғни, оларда тұтас спектрге қарағанда, интенсивті жолақ кескіндер пайда болатынын көреміз. Егер оны суретке түсірсек, онда фотопластинка бетінде бірнеше ақшыл жолақтар пайда болады. Осындай жұтылу сызықтарының немесе жұтылу жолақтарының жиыны жұтылу спектрі немесе жолақ спектр деп аталады. Жолақ спектрлер әртүрлі заттар үшін әрқилы, біріне-бірі ұқсамайды, спектрдің түрліше алқаптарына орналасады да, олардың интенсивтіктері әртүрлі болады. Кирхгоф заңы бойынща атомдардың сәуле шығару сызықтары олардың жұтылу сызықтарына сәйкес келеді.

Заттың буы арқылы ақ жарықты түсіргенде тұтас спектр бетінде қара-қоңыр сызықтар пайда болады. Осы қара-қоңыр сызықтар берілген химиялық элементтің шығару спектрінің сызықтарына дәл келеді. Сондықтан да бұл сызықтар жұтылу спектрі болып табылады.

Сызықтық спектр беретін сәулені төменгі қысымдағы атомдық газ атомдары, бір-бірімен әлсіз әсерлесу кезінде де шығарады.

Заттың сәуле шығаруы не жарық жұтуы, оның ішкі энергиясының өзгеруіне байланысты болады. Заттағы атомдар қозбаған негізгі күйде болса, заттың ішкі энергиясы да ең аз шамаға ие болады. Зат бөлшектеріне сырттан қосымша энергия берсек, олар оны жұтып, қалыпты немесе негізгі күйден қозған күйге көшеді. Атомдардың ішкі энергиясы үздіксіз өзгеріп отыруы мүмкін емес, ол секірмелі түрде, дискретті өзгереді. Олай болса, әр заттың молекулалары немесе әр элементтің атомдарының өздеріне тән энергия күйлерінің белгілі дискрет мәндері болады. Сондықтан олар энергияны тек белгілі мөлшерде ғана жұтады немесе энергетикалық күйге көше алады. Энергия жұтқанда электрон (атом) төменгі энергетикалық деңгейден жоғарғы деңгейге, ал энергия шығарғанда жоғарғы энергетикалық деңгейден төменгі энергетикалық деңгейге ауысады. Әрбір элементтің атомдары тек өзіне сәйкес келетін энергетикалық деңгейлердің жүйесін ғана сипаттай алады(1.3-сурет).

Сурет

а) -жағдайында атом өздігінен жарық шығару (фотон) нәтижесінде, екінші энергетикалық күйден, бірінші энергетикалық күйге спонтанды түрде көшеді. б) жағдайында берілген жарық квантын (һν) жұту нәтижесінде бөлшек (электрон) бірінші энергетикалық күйден екінші энергетикалық күйге еріксіз көшеді (резонанстық көшу). в) - жағдайында берілген жарық квантын жұтып, жарық (фотон) шығарады да екінші энергетикалық деңгейден бірінші энергетикалық деңгейге еріксіз көшеді (индукцияланады).

Спектрдің ең төменгі деңгейі - бөлшектің қалыпты күйіне сәйкес келеді (Е₀). Одан жоғары деңгейлердің әрқайсысы белгілі қозған күйлерге сәйкес Е₁, Е₂, Е₃ және т.б. деңгейлерге орналасады.Бұл деңгейлерде атом мен молекуланың ішкі энергиясы көбірек болады. Бөлшекті негізгі деңгейден қозған деңгейге көшіруге жұмсалатын энергия қоздыру энергиясы деп аталады.