A. KIẾN THỨC CẦN NẮM VỮNG 

1. 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.

+ Ống 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 chùm tia song song.

+ Bộ phận tán sắc là lăng kính P. Chùm tia song song từ ống 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.

2. 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 mời 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 khối 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.

3. Quang phổ vạch phát xạ 

* Định nghĩa:

Quang phổ bao gồm một hệ thống 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.

4. 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 quang phổ liên tục và S có nhiệt độ T.

– Nguồn Si đang phát xạ và cho quang phổ vạch phát xạ S1, có nhiệt độ T1 < T

– Đặt S trong khoảng giữa S và máy quang phổ ta thu được quang phổ vạch hấp thụ của nguồn S1.

* 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.

5. 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 pháp 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. TRẢ LỜI CÂU HỎI

C1. Máy quang phổ là gì? Trình bày các bộ phận cấu tạo chính của máy quang phổ lăng kính.

Trả lời

Thiết bị dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau dựa vào sự tán sắc ánh sáng của lăng kính gọi là máy quang phổ. .

Cấu tạo: máy quang phổ gồm 3 phần chính:

+ Ống chuẩn trực: là bộ phận để tạo ra chùm tia song song gồm một khe hẹp F đặt ở trên diện vật của thấu kính hội tụ L1

+ Hệ tán sắc: gồm lăng kính hoặc các cách tử nhiễu xạ là bộ phận có nhiệm vụ phân tích chùm sáng tới song song thành nhiều ánh sáng đơn sắc.

+ Buồng ảnh: gồm một thấu kính hội tụ Lg và một tấm kính ảnh hoặc tấm kính mờ được đặt tại tiêu diện ảnh của thấu kính hội tụ L2. Mỗi ánh sáng đơn sắc ló qua lăng kính sẽ cho một ảnh khác nhau của khe hẹp S gọi là vạch quang phổ của nguồn S. .

C2. Quang phổ liên tục là gì? Nó do nguồn nào phát ra, trong điều kiện nào? Quang phổ liên tục có tính chất quan trọng gì? Tính chất đó có ứng dụng gì?

Trả lời 

Quang phổ liên tục là quang phổ gồm nhiều dải sáng, màu sắc khác nhau, nối tiếp nhau một cách liên tục.

Các chất rắn, lỏng và những chất khí ở áp suất lớn khi bị nung nóng đều phát ra quang phổ liên tục. Khi ở nhiệt độ thấp, ánh sáng phát ra chủ yếu ở vùng hồng ngoại, khi nhiệt độ tăng lên, ánh sáng phát ra ngả về vùng tử ngoại. Lợi dụng tính chất này, người ta chế tạo ra các phổ kế quang học để đo nhiệt độ của vật. . .

C3. Quang phổ vạch phát xạ do nguồn nào phát ra và phát ra trong điều kiện nào? Nêu những đặc điểm quan trọng của quang phổ vạch phát xạ.

Trả lời 

Các chất khí hay hơi có khối lượng riêng nhỏ khi bị kích thích (nghĩa là cung cấp năng lượng dưới dạng nhiệt năng, quang năng, điện năng…) có thể phát ra ánh sáng. Cho ánh sáng này qua máy quang phổ ta thu được quang phổ vạch phát xạ.

Các chất khí hay hơi khác nhau sẽ cho quang phổ vạch khác nhau về vị trí vạch số và cường độ vạch.

C4. Quang phổ vạch hấp thụ có thể thu được trong điều kiện nào? Nêu đặc điểm của quang phổ vạch hấp thụ.

Trả lời

 Quang phổ vạch hấp thụ có thể thu được trong điều kiện nhiệt độ của đám khí hay hơi phải nhỏ hơn nhiệt độ của nguồn sáng.

Quang phổ vạch hấp thụ của mỗi nguyên tố, có tính chất đặc trưng cho nguyên tố. Nhờ vậy mà dựa vào quang phổ vạch hấp thụ ta có thể nhận biết được sự có mặt của những nguyên tố nào có trong hợp chất và cả khối lượng của những nguyên tố đó. 

C5. Nêu những tiện lợi của phép phân tích quang phổ.

Trả lời 

Phép phân tích quang phổ có những tiện lợi: 

+ Đơn giản, nhanh, ít tốn kém mẫu vật, hóa chất

+ Rất nhạy, có thể xác định được hàm lượng rất nhỏ.

+ Có thể phân tích định tính hay định lượng của nhiều nguyên tố cùng một lúc. 

+ Có thể phân tích các đối tượng ở xa (ví dụ từ Trái Đất, ta có thể phân tích được trên sao Hỏa có mặt những khí gì). 

C. GIẢI BÀI TẬP

B1. Khi tăng dần nhiệt độ của một dây tóc đèn điện thì quang phổ của ánh sáng do nó phát ra thay đổi như thế nào sau đây?

  1. Sáng dần lên, nhưng vẫn có đủ bảy sắc cầu vồng. .
  2. Ban đầu chỉ có màu đỏ, sau lần lượt có thêm màu cam, màu vàng, cuối cùng khi nhiệt độ đủ cao mới có đầy đủ bảy màu chứ không sáng thêm.
  3. Vừa sáng dần lên, vừa trải rộng dần, từ màu đỏ qua các màu cam, vàng… cuối cùng khi nhiệt độ đủ cao mới có đủ bảy màu. 
  4. Hoàn toàn không thay đổi gì.

Giải

Chọn đáp án C. Khi tăng dần nhiệt độ của một dây tóc đèn điện thì quang phổ của ánh sáng do nó phát ra vừa sáng dần lên, vừa trải rộng dần, từ màu đỏ qua các màu cam, vàng… cuối cùng khi nhiệt độ đủ cao mới có đủ bảy màu.

C2. Quang phổ vạch được phát ra khi: 

  1. Nung nóng một chất rắn, lỏng hay khí.
  2. Nung nóng một chất lỏng hoặc khí. 
  3. Nung nóng một chất khí ở điều kiện tiêu chuẩn. 
  4. Nung nóng một chất khí ở áp suất rất thấp.

Nguồn website giaibai5s.com

Giải bài tập Vật lí lớp 12 nâng cao – Bài 39: Máy quang phổ – Các loại quang phổ
Đánh giá bài viết