Giải Vật Lý 12 Bài 26. Các loại quang phổ
Bài 26. CÁC LOẠI QUANG PHổ A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG Máy quang phổ lăng kính Định nghĩa: Máy quang phổ là dụng cụ để phân tích chùm sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc khác nhau. Nói khác đi, nó dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra. Cấu tạo và hoạt động Máy quang phổ có ba bộ phận chính như hình vẽ. + Ông chuẩn trực là bộ phận tạo ra chùm tia sáng song song. Nó có một khe hẹp s nằm ở tiêu diện của một thấu kính hội tụ L1. Ánh sáng từ nguồn J mà ta cần nghiên cứu được rọi vào khe s, sau khi đi qua L1, trở thành một trùm tia song song. + Bộ phận tán sắc là lăng kính p. Chùm tia song song từ ông chuẩn trực đến, khi qua lăng kính p thì bị phân tích thành nhiều chùm tia đơn sắc, mỗi chùm tia đơn sắc là một chùm song song, nhưng bị lệch theo phương khác nhau. + Buồng ảnh gồm một thấu kính hội tụ L2 đặt sau lăng kính p chắn chùm tia sáng đã bị tán sắc sau khi qua lăng kính p. Mỗi chùm tia đơn sắc song song từ lăng kính đến, qua L2 cho trên tiêu diện L2 một vạch màu. Mỗi vạch màu là một ảnh đơn sắc của khe s. Đặt tại tiêu diện của L2 một tấm kính mờ, có thể quan sát được rất rõ các vạch này. Thay tấm kính mờ bằng một tấm kính ảnh ta chụp ảnh được các vạch màu. Ánh sáng do nguồn J phát ra có bao nhiêu thành phần đơn sắc thì trên kính ảnh F ta thu được bấy nhiêu vạch màu trên một nền tối. Tập hợp các vệt màu đó tạo thành quang phổ của nguồn J. Những tiện lợi của phép phân tích bằng quang phổ - Phép phân tích quang phổ là phép xác định thành phần của các chất dựa vào quang phổ của chúng. Về mặt định tính Phép phân tích định tính, chỉ cần nhận biết sự có mặt của các thành phần khác nhau trong mẫu cần phân tích. Phép phân tích quang phổ là đơn giản, cho kết quả nhanh. Về mặt định lượng Phép phân tích định lượng, cần xác định được cả nồng độ của thành phần trong mẫu. Phép phân tích quang phổ có ưu điểm là rất nhạy, có khả năng phát hiện được nồng độ rất nhỏ của chất nào đó trong mẫu. Ưu điểm tuyệt đối của phép phân tích quang phổ là có thể phân tích từ xa: xác định được thành phần cấu tạo và nhiệt độ của các vật ở xa như Mặt Trời và các vì sao. Quang phổ liên tục Khái niệm: Khi chiếu chùm ánh sáng trắng vào khe của một máy quang phổ thì trên thì trên tấm kính mờ người ta thu được một dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím. Dải sáng này gọi là quang phổ liên tục. Nguồn phát sinh Tất cả các vật rắn, lỏng hoặc khí có tỉ khôi lớn bị nung nóng đều phát ra quang phổ liên tục. Đặc điểm Quang phổ liên tục không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng, mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng. ứng dụng Vì quang phổ liên tục chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng, nên căn cứ vào quang phổ liên tục người ta xác định được nhiệt độ của vật phát sáng, đặc biệt là các vật ở xa như Mặt Trời, các ngôi sao... Ví dụ: Phép đo quang phổ liên tục cho biết bề mặt Mặt trời có nhiệt độ khoảng 6000K. Quang phổ vạch phát xạ Định nghĩa: Quang phổ bao gồm một hệ thốhg những vạch màu riêng lẻ nằm trên nền tối đó gọi là quang phổ vạch phát xạ. Đặc điểm: Mỗi nguyên tố hóa học khi cho quang phổ vạch đều cho số vạch, vị trí các vạch, màu của từng vạch đặc trưng riêng cho nó. Các vật cho quang phổ vạch phát xạ: Các chất khí hay hơi ở áp suất rất thấp, nhiệt độ rất cao đều cho quang phổ vạch phát xạ. Quang phổ vạch hấp thụ Định nghĩa: Quang phổ thu được gồm những vạch đen trên nền là quang phổ liên tục được gọi là quang phổ vạch hấp thụ. Cách tạo ra quang phổ vạch hấp thụ: Nguồn s đang phát xạ cho quan phổ liên tục và s có nhiệt độ T Nguồn S1 đang phát xạ và cho quang phổ vạch phát xạ, S1 có nhiệt độ T1 < T Đặt S1 trong khoảng giữa s và máy quang phổ ta thu được quang phổ vạch hấp thụ của nguồn Sj. Đặc điểm: Mỗi nguyên tố hóa học khi cho quang phổ vạch hấp thụ đều có số vạch và vị trí các vạch đặc trưng riêng của nó. Nguyên nhân cho quang phổ vạch hấp thụ: Một chất khí hay hơi khi đang phát xạ ra bức xạ đơn sắc nào đó, nếu chiếu vào nó dòng ánh sáng có chứa các bức xạ trên, nó sẽ hấp thụ các bức xạ này. Phân tích quang phổ Định nghĩa: Phân tích quang phổ là phương pháp vật lí dùng để xác định thành phần hóa học của một chất (hay hợp chất), dựa vào việc nghiên cứu quang phổ của ánh sáng do chất ấy phát ra hoặc hấp thụ. * Tiện lợi của phép phân tích quang phổ: + Phép phân tích quang phổ định tính (xác định sự có mặt của các thành phần khác nhau trong mẫu cần nghiên cứu) thì đơn giản và cho kết quả nhanh hơn các phép phân tích hóa học. + Phép phân tích quang phổ định lượng (xác định nồng độ, có thể rất nhỏ, của các thành phần trong mẫu) hết sức nhạy. + Nhờ phép phân tích quang phổ, người ta có thể xác định được thành phần cấu tạo của các vật ở xa như Mặt Trời và các ngôi sao. B. HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ GIẢI BÀI TẬP Bài 1. Quang phổ vạch phát xạ là gì? Điều kiện để có quan phổ vạch phát xạ là gì? Đặc điểm của quang phổ vạch phát xạ là gì? Trả lời Một chất rắn, lỏng, khí được nung nóng đến nhiệt độ cao, đều phát ra ánh sáng. Quang phổ của ánh sáng do các chất đó phát ra gọi là quang phổ phát xạ của chúng. Quang phổ vạch phát xạ là một hệ thốhg những vạch sáng riêng lẻ, ngàn cách nhau bởi những khoảng tối. Quang phổ vạch phát xạ do các chất khí ở áp suất thấp phát ra khi bị kích thích bằng nhiệt hay bằng điện. Các chất khí khác nhau sẽ cho quang phổ vạch khác nhau về số vạch, cường độ vạch, vị trí và độ sáng tỉ đốì giữa các vạch. Bài 2. Quang phổ liên tục là gì? Điều kiện để có quang phổ liên tục là gì? Đặc điểm của quang phổ liên tục là gì? Trả lời Quang phổ liên tục do các chất rắn, lỏng hoặc khí có áp suất lớn phát ra khi bị nung nóng. Quang phổ liên tục là một dải màu đi từ đỏ đến tím nôì liền nhau một cách liên tục, giông như quang phổ mặt trời. Quang phổ liên tục của các chất khác nhau ở cùng một nhiệt độ thì hoàn toàn giông nhau và chỉ phụ thuộc nhiệt độ của chúng. Bài 3. Quang phổ hấp thụ là gì? Trình bày cách tạo ra quang phổ hấp thụ. Đặc điểm của quang phổ hấp thụ là gì? Trả lời Quang phổ hấp thụ là các vạch hay đám vạch tối trên nền của một quang phổ liên tục. Quang phổ hấp thụ của các chất khí chứa các vạch hấp thụ và là đặc trưng cho chất khí đó. Các chất rắn, lỏng, khí đều cho quang phổ hấp thụ. Quang phổ hấp thụ của chất khí chỉ chứa các vạch hấp thụ, còn quang phổ của chất lỏng và chất rắn lại chứa các “đám” vạch, mỗi đám gồm nhiều vạch hấp thụ nôì tiếp nhau một cách liên tục. Bài 4. Quang phổ vạch phát xạ do chất nào dưới đây bị nung nóng phát ra? A. Chất rắn. B. Chất lỏng. Chất khí ở áp suất thấp. D. Chất khí ở áp suất cao. Trả lời Chọn câu c. Chất khí ở áp suất thấp. Bài 5. Chỉ ra câu sai. Quang phổ liên tục được phát ra bởi chất nào dưới đây khi bị nung nóng? A. Chát rắn. B. Chất lỏng. c. Chất khí ở áp suất thấp. D. Chất khí ở áp suất cao. Trả lời Chọn câu c. Chất khí ở áp suất thâ'p. Bài 6. Trong quang phổ vạch phát xạ của hydro, ta thấy vạch lam nằm bên phải vạch chàm. Vậy các vạch đỏ và vạch tím thế nào? Trả lời Các màu của quang phổ liên tục là: Đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm tím. Như vậy, vạch đỏ sẽ là vạch ngoài cùng bên phải và vạch tím là vạch ngoài cùng bên trái.