Теория работы

Как известно, луч белого света, проходя через трехгранную призму (рис. 1), разлагается в спектр, состоящий из цветных линий образующих сплошную полосу. После преломления в призме наименьшее отклонение получают красные лучи и наибольшее — фиолетовые.

Рис.1

Зависимость показателя преломления вещества от длины волны света называют дисперсией света.

Общая теория показывает, что электромагнитные волны (свет), проникая в вещество, взаимодействуют с атомами и молекулами вещества, представляющими собой системы электрических зарядов. В результате этого взаимодействия происходит дисперсия, изменяется длина волны и скорость распространения волн разной цветности, но остаются постоянными частота n и период Т.

Распределение цветных лучей в спектре, в сущности, есть распределение их по длинам волн.

Твердые и жидкие раскаленные тела дают сплошной спектр, в котором красный цвет переходит незаметно в оранжевый, оранжевый — в желтый и т. п.

Разряженные пары и газы дают линейчатый спектр испускания, состоящий из ряда цветных узких полосок (линий), разделенных темными промежутками, при этом каждый химический элемент имеет свой характерный спектр испускания, отличающийся числом и цветом линий. Например, для спектра натрия характерны в видимой части две близкие желтые линии. На изучении линейчатых спектров и основан спектральный анализ.

Если на пути лучей источника, дающего сплошной спектр, поместить среду, избирательно поглощающую некоторые лучи, то на их местах в сплошном спектре появятся темные полосы или линии. Такие спектры называются спектрами поглощения. Приборы, применяемые для изучения спектров, называются спектрометрами.

Как известно, из квантовой теории, атом и молекулы испускают и поглощают лучистую энергию не непрерывным потоком, а отдельными, определенной величины порциями – квантами. Энергия кванта пропорциональна частоте световых колебаний:

e = h×n, (1)

где e – энергия кванта;

h – постоянная Планка, h=6,67×10^-34 Дж×с.

n - частота излучения.

Существует много экспериментальных способов определения h и в частности, метод, основанный на измерении границы спектра поглощения некоторых растворов.

Если осветить щель спектрометра белым светом, дающим непрерывный (сплошной) спектр, а затем между источником и целью поместить водный раствор K₂Cr₂O₇, то окажется, что сплошной спектр будет обрезанным с сине-фиолетового конца.

Раствор K₂Cr₂O₇ в воде будет окрашен в желто-красный цвет, а это означает, что этот раствор поглощает коротко-волновую сине-фиолетовую часть видимого света. K₂Cr₂O₇ в водном растворе диссоциирует на ионы:

K₂Cr₂O₇®2K⁺+Cr₂O₇². (2)

Ионы K⁺ в видимой части спектра света не поглощают, а ионы Cr₂O₇^2- поглощают кванты света с энергией hn ³ DE=3,67×10^-19 Дж, соответствующие сине-фиолетовой части спектра. Поэтому существует некоторая минимальная частота n₀ = DE/h (или максимальная длина волны l₀), где еще происходит поглощение квантов света и которая называется границей спектра поглощения.

Таким образом, если нам известна величина энергии,необходимая для осуществления реакции (2), если можно на опыте определить l₀, соответствующую границе поглощения света, то постоянную Планка h легко вычислить по формуле:

hn₀=DE Þ h=DE/n₀; (3)

или

h=(DE×l₀)/c; (4)

где с=3×10⁸ м/с – скорость света в вакууме. Для K₂Cr₂O₇ DЕ = 3,67 * 10^-19 Дж.