Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài: Quang phổ vạch

Đ 46 Quang phổ vạch 
 * Kiểm tra bài cũ . 
 1. M áy quang phổ là gì? 
 Nêu cấu tạo và hoạt đ ộng của máy quang phổ . 
 2. Quang p hổ liên tục là gì? 
Tr ả lời : 
1. Đ ịnh nghĩa : 
 	 Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần 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 của máy quang phổ :  Gồm 3 bộ phận chính : 
+ ố ng chuẩn trực (C) : Gồm khe hẹp S và TKHT L 1 . ( Khe S đ ặt tại tiêu đ iểm vật của TKHT L 1 ). 
+ Lăng kính P. 
+ Buồng ả nh : Gồm một TKHT L 2 và tấm kính ả nh F đ ặt tại tiêu diện của TK L 2 . 
P 
F 
L 2 
O 2 
0 1 
S 
C 
Hoạt đ ộng : Nguyên tắc: Dựa trên hiện tượng tán sắc á nh sáng của LK . 
+ Chùm sáng phát ra từ nguồn J (Ta cần nghiên cứu ) đư ợc rọi vào khe S của ống chuẩn trực thông qua TKHT L. Chùm tia sáng ló ra khỏi L 1 là một chùm tia song song . 
+ Lăng kính P làm tán sắc chùm tia song song từ L 1 chiếu tới thành nhiều chùm tia đơn sắc song song . 
+ Chùm tia ló ra khỏi LK P gồm nhiều chùm tia sáng đơn sắc song song lệch theo các phương khác nhau , khi qua TK L 2 sẽ hội tụ và cho ả nh khác nhau trên kính ả nh F  Hình ả nh quang phổ của nguồn J. 
p 
L 
L 1 
L 2 
J 
S 
F 
S 2 
S 1 
C 
... 
* Chú ý : Nếu nguồn J là một nguồn sáng trắng th ì quang phổ thu đư ợc là một dải màu liên tục biến đ ổi từ đ ỏ đ ến tím , gọi là quang phổ liên tục của á nh sáng trắng . 
2. Đ ịnh nghĩa quang phổ liên tục : 
	 	 Quang phổ liên tục là quang phổ gồm một dải sáng có màu biến thiên liên tục từ đ ỏ đ ến tím . 
Dải màu quang phổ liên tục 
1. Quang phổ vạch phát xạ . 
 a. Thí nghiệm : 
Máy quang phổ 
Quang phổ vạch phát xạ của Na 
Nếu thay đ èn Natri bằng đ èn hơi Hiđr ô. Quang phổ thu đư ợc có đ ặc đ iểm gì ? 
Quang phổ vạch phát xạ của H 2 
Em có nhận xét gì về hình ả nh quang phổ của á nh sáng phát ra từ đ èn Na ? 
Quang phổ của Na có một vạch sáng màu vàng ( thực ra là hai vạch sáng nằm rất gần nhau ). 
Quang phổ của H 2 gồm 4 vạch màu : Đ ỏ , lam , chàm , tím . 
Đ 46 Quang phổ vạch 
Đ èn Natri 
Đ èn Hiđr ô 
Em có nhận xét gì về hình ả nh quang phổ của á nh sáng phát ra từ đ èn hơi Hiđr ô? 
. 
b. Đ ịnh nghĩa : 
 Quang phổ vạch phát xạ là quang phổ bao gồm một hệ thống những vạch màu riêng rẽ nằm trên một nền tối . 
 c. Nguồn phát : 
 Khí hoặc hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích phát sáng sẽ phát ra quang phổ vạch phát xạ. 
Lưu ý : Kích thích cho chất khí phát sáng bằng cách đ ốt nóng hoặc phóng tia lửa đ iện qua đám khí . 
d. đ ặc đ iểm : 
 Các nguyên tố khác nhau sẽ cho quang phổ vạch phát xạ khác nhau về số lượng vạch, vị trí các vạch, màu sắc các vạch và cường độ sáng các vạch. 
Vậy quang phổ vạch phát xạ là gì? 
Qua các thí nghiệm trên em hãy rút ra đ ặc đ iểm của quang phổ vạch phát xạ ? 
 Nếu ta thay ngọn đ èn Na hay H 2 bằng đ èn hơi của các nguyên tố khác th ì ta cũng thu đư ợc quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố đ ó . 
Những nguồn sáng nào có thể phát ra quang phổ vạch phát xạ ? 
 VD : Quang phổ vạch của : 
 + Natri (Na)  có vạch sáng kép màu vàng ứng với  = 0.5890m và  = 0.5896m . 
 + Hiđr ô (H 2 )  có 4 vạch: 
 H ( Vạch đ ỏ ,  = 0.6563 m ) 
 
H ( Vạch lam,  = 0.4861 m ) 
 
H ( Vạch chàm ,  = 0.4340 m ) 
 
 
H ( Vạch tím ,  = 0.4102 m ) 
* Kết luận : Mỗi nguyên tố hoá học ở trạng thái khí hay hơi nóng sáng dưới áp suất thấp cho một quang phổ vạch riêng , đ ặc trưng cho nguyên tố đ ó . 
Na 
H 2 
e. ứng dụng : 
 Dùng quang phổ vạch phát xạ, xác đ ịnh thành phần hoá học , nồng độ các nguyên tố có trong hợp chất . 
2. Quang phổ vạch hấp thụ . 
a. Thí nghiệm : 
Máy quang phổ 
Đ èn dây tóc nóng sáng 
Quang phổ liên tục 
Vạch đen ở đ úng vị trí vạch vàng trong quang phổ phát xạ của natri . 
Quang phổ vạch hấp thụ của Natri 
 Với những đ ặc đ iểm trên , quang phổ vạch phát xạ đư ợc ứng dụng để xác đ ịnh các thành phần hoá học và nồng độ các nguyên tố trong hợp chất . 
 Một loại quang phổ vạch khác cũng do các chất khí hay hơi nóng sáng sinh ra - Đ ó là quang phổ vạch hấp thụ . 
 Em hãy quan sát hình ả nh quang phổ khi đưa đ èn hơi Na nóng sáng vào chắn chùm sáng của đ èn dây tóc nóng sáng ? 
Đ èn hơi Natri nóng sáng 
Lưu ý : Nếu thay hơi Natri bằng hơi Kali th ì trên quang phổ liên tục xuất hiện những vạch tối ở đ úng chỗ những vạch màu của quang phổ phát xạ của Kali ( Quang phổ hấp thụ của Kali). 
b. Đ ịnh nghĩa : 
 Quang phổ vạch hấp thụ là hệ thống những vạch tối nằm trên nền quang phổ liên tục . 
Em hãy đ ịnh nghĩa quang phổ vạch hấp thụ ? 
Quang phổ của mặt trời ta thu đư ợc trên trái đ ất là quang phổ gì ? 
 * Chú ý : Quang phổ của mặt trời ta thu đư ợc trên trái đ ất là quang phổ vạch hấp thụ của khí quyển . Dù Mặt trời vẫn là nguồn phát ra quang phổ liên tục , nhưng á nh sáng từ mặt trời đi qua lớp khí quyển đ ến TĐ cho ta quang phổ hấp thụ của khí quyển đ ó . 
Nếu thay đ èn hơi Na bằng đ èn hơi Kali th ì sao ? Hiện tượng xẩy ra nh ư thế nào ? 
 c. Đ iều kiện để thu đư ợc quang phổ vạch hấp thụ : 
	 Nhiệt độ của đám khí hay hơi hấp thụ phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng phát ra quang phổ liên tục . 
 d. Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ : 
* Thí nghiệm : 
Đ iều kiện để thu đư ợc quang phổ vạch hấp thụ là gì? 
Máy quang phổ 
Đ èn dây tóc nóng sáng 
Một hiện tượng đ ặc biệt liên quan giữa quang phổ vạch hấp thụ và quang phổ vạch phát xạ của cùng một nguyên tố - Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ . 
Em hãy trình bày hiện tượng em vừa quan sát đư ợc qua TN trên ? 
Đ èn hơi Natri nóng sáng 
Đ èn hơi Natri nóng sáng 
* Hiện tượng : 
 Trong thí nghiệm quang phổ vạch hấp thụ , nếu ta tắt nguồn sáng trắng (J)  Các vạch màu đen của q uang phổ vạch hấp thụ biến mất , và thấy xuất hiện các vạch màu của quang phổ vạch phát xạ. Hiện tượng này gọi là hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ . 
 * Kết luận : 
 ở một nhiệt độ nhất đ ịnh , một đám hơi có kh ả năng phát ra những á nh sáng đơn sắc nào th ì nó cũng có kh ả năng hấp thụ những á nh sáng đơn sắc đ ó . 
e. ứng dụng : 
 Dùng quang phổ vạch hấp thụ để nhận biết sự có mặt của nguyên tố đ ó trong các hỗn hợp hay hợp chất . 
Với những đ ặc đ iểm trên , quang phổ vạch hấp thụ có thể đư ợc ứng dụng để làm gì? 
Qua đ ó em có kết luận gì về kh ả năng hấp thụ và phát xạ á nh sáng của một nguyên tố ? 
3. Phép phân tích quang phổ và tiện lợi của phép phân tích quang phổ . 
a. Đ ịnh nghĩa . 
 Phép phân tích thành phần cấu tạo của các chất dựa vào việc nghiên cứu quang phổ gọi là phép phân tích quang phổ . 
b. Tiện lợi của phép phân tích quang phổ . 
+ Trong phép phân tích quang phổ đ ịnh tính : Nó đơn giản hơn và cho kết qu ả nhanh hơn các phép phân tích hoá học . 
+ Trong phép phân tích quang phổ đ ịnh lượng : Nó rất nhạy( có thể phát hiện nồng độ rất nhỏ , khoảng 0,002%). 
+ Nhờ nó mà có thể biết đư ợc thành phần cấu tạo và nhiệt độ của các vật ở rất xa ( MTrời và các Sao). 
Thế nào là phép phân tích quang phổ ? 
Phép phân tích quang phổ có những tiện lợi gì hơn so với các phép phân tích hoá học ? 
Tóm tắt những kiến thức trọng tâm của bài 
1. Quang phổ vạch phát xạ. 
 + Đ ịnh nghĩa : Là hệ thống các vạch màu trên nền tối . 
 + Nguồn phát : Khí hay hơi ở áp suất thấp bị kích thích phát sáng . 
 + Đ ặc đ iểm : Các nguyên tố khác nhau th ì quang phổ vạch phát xạ khác nhau,(số vạch,vị trí , màu sắc,và độ sáng vạch). 
 + ứ ng dụng : Nhận biết thành phần hoá học , nồng độ nguyên tố trong hợp chất . 
2. Quang phổ vạch hấp thụ . 
 	+ Đ ịnh nghĩa : Là hệ thống các vạch tối trên nền quang phổ liên tục . 
 	+ Đ iều kiện : Nhiệt độ khí hay hơi thấp hơn nhiệt độ nguồn sáng phát ra quang phổ liên tục . 
 	+ Hiện tượng đảo sắc vạch quang phổ : Khi tắt nguồn sáng trắng, quang phổ vạch hấp thụ biến mất , quang phổ vạch phát xạ xuất hiện . 
 	+ ứ ng dụng : Nhân biết sự có mặt của các nguyên tố trong hỗn hợp . 
3. Phép phân tích quang phổ . 
	 + Đ ịnh nghĩa : Là phép phân tích thành phần cấu tạo của các chất dựa vào việc nghiên cứu quang phổ . 
	+ Những tiện lợi của phép phân tích quang phổ : Đơn giản , nhanh , nhậy và Nghiên cứu đư ợc các vật ở xa .