Színképelemzés
Romsics Imre 2014. április 11. 1
Más néven: Spektrofotometria A színképből kinyert információkból megállapítható: • az atomok elektronszerkezete • az elektronállapotokat jellemző kvantumszámok • az elektronok energiaszintjei Felfedezett elemek:
„piros”
„égszínkép”
2
Történeti háttér Joseph von Fraunhofer (német fizikus)
(1787-1826)
3
Fraunhofer-vonalak
A
B C
D
E
F
G
H
4
Gustav Kirchhoff (porosz fizikus)
(1824-1887) Na Nap H 5
Robert Bunsen (német kémikus) (1811-1899)
6
Spektrográf
A készülékben alkalmazták Kirchhoff prizmáját és Bunsen égőjét 7
Működése
8
Kirchhoff három alaptörvénye 1.
Izzó szilárd vagy folyékony anyag
Forró gáz
Folytonos színkép
Emissziós vonalas színkép
2.
3.
Hűvös gáz
Abszorpciós vonalas színkép
9
Kibocsátási vagy emissziós színkép Izzó szilárd vagy folyékony testek A magas hőmérsékleten izzó szilárd és folyékony anyagok színképe folytonos. A folytonos színkép független anyagi minőségétől.
Izzó vas
Izzó Volfram szál
10
Izzó gázok Az izzó gőzök által kibocsátott fény nem folytonos, vonalas vagy sávos. (Attól függően, hogy a színképet atom vagy molekula hozza létre.) Ez utal a gáz anyagi minőségére. Az I. és II. főcsoport elemei: K
Na
Rb
Li
Cs
Ca
(Tl)
Sr
(In)
Ba 11
Elnyelési vagy abszorpciós színkép Gázon fehér fényt bocsátunk keresztül, elnyelik azokat a színeket, amelyeket maguk is kibocsátanak. Ilyenkor az emissziós színkép színes vonalainak helyén az ernyőn fekete (elnyelési) vonalakat látunk.
12
A nap nagy felbontású abszorpciós színképe
13
Abszorpciós színkép létrejötte Bohr-féle atommodell
Hűvösebb gáz atomjának elektronja gerjesztődik, elnyeli a rá jellemző hullámhosszúságú fény fotonjának energiáját. Ezek a hullámhosszúságok hiányoznak a színképből 14
Emissziós színkép létrejötte Gerjesztett elektronok visszakerülnek a helyükre, az atom alapállapotba. m
Leadja az energiát egy foton formájában.
[Efoton=Em-En]
n En
Em 15
Sarki fény
A töltött részecskéket ütköznek a légkör atomjaival, ionizálják és gerjesztik azokat, a gerjesztett atomok pedig fénykisugárzással térnek vissza alapállapotukba
16
17
18
Lángfestés Az anyaggal energiát közlünk (hő)
Az anyag atomjai gerjesztett állapotba kerülnek Majd alapállapotba kerülnek és ezzel fotont bocsátanak ki
Ezzel megfestik a lángot (Anyagi minőségre jellemző színnel)
19
Elektromágneses hullám
Energia
E
Frekvencia
f
Hullámhossz
λ A térben fénysebességgel terjedő, egymásra épülő mágneses és elektromos mezőt elektromágneses hullámnak nevezünk.
20
Hullámhossz Efoton=h*f
[f, a kibocsájtott hullám frekvenciája] [h=6,63*10-34 Js, Planck-állandó]
f=c/λ [c=3*108 m/s, a fény terjedési sebessége] [λ, a kibocsájtott fény hullámhossza]
A hullámhossz határozza meg a fény színét, ha az látható tartományba esik
Emberi szem által színként felfogható tartomány: ~390 – 750 nm 21
Láng által kibocsájtott fény vizsgálata Felbontás spektrográffal A megállapított hullámhosszúságokból és λ=c/f képlettel kiszámolják a fény frekvenciáját. A frekvenciából és a Efoton=h*f képlettel kiszámolják a foton energiáját. Majd a kapott energiából és a Efoton=Em-En következtetnek az elektronpályák energiaszintjeire , kvantumszámokra.
22
• Kárminvörös • Bíborvörös • Sötétvörös • Téglavörös • Fakóibolya • Kék
• Sárga • Sárgászöld • Zöld
• Vakító fehér
- lítium [Li] - stroncium [Sr] - rubídium [Rb] - kalcium [Ca] - kálium [K] - cézium [Cs] - arzén [As] - ólom [Pb] - antimon [Sb] - szelén [Se] - nátrium [Na] - bárium [Ba] - réz [Cu] - foszfor [P] - tallium [Tl] - tellúr [Te] - molibdén [Mo] - magnézium [Mg] 23
Csillagászat színképelemzés Szíriusz
Orion övcsillagai Canopus Capella Aldebaran 24
Színképosztályok
Hőmérsékletük és az anyagösszetételük alapján csoportosíthatóak a csillagok: Osztály: O B A F G K M Mellékosztály: R N S Alosztály: 0-9 25
Hertzsprung–Russell diagram
A nap G2V osztályba tartozik Felszíni hőmérséklet: 5000 – 6000 K Abszolút fényesség: 4,8 magnitodu 26
Abszolút fényesség Csillagok esetén azt mutatja meg, hogy 10 parszek távolságból milyen fényesnek látnánk
Parszek Az a távolság, amelyből egy CsE – merőleges rálátás esetén – egy ívmásodperc szög alatt látszik
1 pc = ~3,085 677 580 666 31·1016 m
27
Fénycsövek
28
Tűzijáték
29
30
B G R
31
Köszönöm a figyelmet!
32