Горелка Бунзена

Горелка БунзенаУчёным сразу стало ясно, что они получили в свои руки замечательный и сравнительно простой прибор — спектроскоп. Оказалось, что каждый элемент даёт не одну, а несколько спектральных линий, и спутать их невозможно, даже если анализируется сложная смесь.

Например, одна из спектральных линий бария имеет длину волны 553,5 нм, а меди — 521,8 нм. В спектре всех соединений натрия обнаружились две близко лежащие яркие линии в жёлтой области, соединения калия дали красную и фиолетовую линии, лития — оранжевую и красную (причём последняя была смещена относительно красной линии калия, так что их легко было различить).

То есть каждый элемент обнаруживал себя своим неповторимым спектром, своеобразным «отпечатком пальцев».

Как писали Бунзен и Кирхгоф в совместной работе «Химический анализ с помощью спектральных наблюдений», ни различие форм соединений, в которых присутствует данный элемент, ни разнообразие химических процессов в различных пламенах, ни большое различие в их температуре «нисколько не влияют на положение спектральных линий, соответствующих отдельным металлам». Именно после этой работы наступила эра спектрального анализа, эра спектроскопии.

Высокая чувствительность нового метода позволяет обнаружить элемент в сложной смеси, даже если этого элемента там очень мало.

Время случайных открытий новых элементов закончилось; теперь их можно было искать целенаправленно.

Но первую спектроскопическую установку изготовил ещё в 1814 году молодой немецкий физик Йозеф Фраунгофер (1787-1826), сын стекольщика и сам отличный оптический мастер.

Солнечный свет в ней падал через узкую щель в ставнях на призму, находящуюся в 8 м от щели. А вместо экрана он расположил зрительную трубу.

Поворачивая трубу по градуированной шкале, он мог наблюдать отдельные участки солнечного спектра и точно определять их положение. Кстати, само слово «спектр» происходит от латинского spectrum — «видимое, образ».

Тщательно изучив спектр солнечного света, Фраунгофер обнаружил в нём множество (до 700!), как он сам писал, «вертикальных линий, резких и слабых, которые, однако, оказались темнее остальной части спектра, а некоторые из них казались почти совершенно чёрными». Впоследствии эти тёмные линии в солнечном спектре назвали в честь первооткрывателя фраунгоферовыми.

Наиболее заметные из них имели длину волны 760,8 нм (тёмно-красная область спектра), 686,7 и 656,3 нм (красная область), 589,3 нм (жёлтая), 527,0 нм (зелёная), 486,1 нм (сине-зелёная), 430,8 нм (синяя), 396,8 и 393,4 нм (фиолетовая).

Не так просто было сосчитать все эти линии и заметить самые крайние из них. Обычно глаз человека видит свет в диапазоне от 400 до 700-750 нм, причём самым ярким в спектре ему кажется зелёная область.

И чтобы различить линии в дальней красной области или в почти невидимой ультрафиолетовой, нужно было иметь довольно яркий свет. К счастью, солнечный свет очень яркий, особенно в ясный летний день.

Фраунгофер тщательно нанёс на рисунок положение 574 линий и измерил с помощью зрительной трубы (теодолита) их взаимное расстояние в спектре.

Ньютон вполне мог бы заметить эти линии, но у него было слабое зрение. Забавно, что семь самых заметных фраунгоферовых линий обнаружил в солнечном спектре ещё в 1802 году английский химик и физик Уильям Уолластон (1766-1828), прославившийся открытием платиновых металлов палладия и родия.

Сейчас трудно поверить, но он решил, что это линии, разделяющие цвета в спектре, и потому не обратил на них внимания! В спектре искусственных источников света (а тогда это могли быть только свечи, факелы и т. п., а также электрические искры и дута) никаких тёмных линий не было.

Зато если в пламя вносили соль натрия, появлялась яркая жёлтая линия, положение которой всегда было постоянным и в точности совпадало с положением тёмной линии 589,3 нм в спектре Солнца. В 1832 году было обнаружено, что фраунгоферовы линии можно получить искусственно: для этого солнечный свет нужно пропустить через пары различных веществ.

Объяснение фраунгоферовым линиям дали Бунзен и Кирхгоф: все газы поглощают те же самые длины волн, которые они способны излучать в раскалённом состоянии. То есть вещества, присутствующие в более холодной (по сравнению с поверхностью) солнечной атмосфере, «вырезают» из белого солнечного света те самые линии, которые они сами способны излучать.

В результате в полном спектре появляются отдельные узкие «провалы».

Как писал Кирхгоф в статье, опубликованной в 1860 году, «тёмные линии солнечного спектра…

возникают из-за присутствия в раскалённой светящейся солнечной атмосфере именно тех веществ, которые в спектре пламени дали бы светлые линии на том же самом месте». Так можно узнать, по словам Кирхгофа, «о материальном составе атмосферы Солнца, а может быть, и наиболее светлых неподвижных звёзд».

Некоторые слабые тёмные линии можно было объяснить поглощением света веществами, находящимися в земной атмосфере.

Впоследствии выяснили, что фраунгоферовы линии около 760 и 687 нм принадлежат кислороду, 656 и 486 нм — водороду, 589 нм — натрию, 527 и 431 нм — железу, 397 и 393 нм — кальцию. По этому поводу немецкий естествоиспытатель Герман Людвиг Фердинанд Гельмгольц (1821 — 1894) писал, что это открытие «вызвало восхищение всех людей и возбудило их фантазию в большей мере, чем какое-либо другое открытие, потому что оно позволило заглянуть в миры, представлявшиеся нам совершенно недоступными».

Читайте так же:

Комментарии запрещены.

О химии и химиках
  • Репетитор – это не обязательно

    06.09.2017

    Очень примечательным и ободряющим для российских граждан является тот факт, что во всем мире репетиторство развивается не менее бурными темпами, чем в России. Ведь когда на законодательном уровне было закреплено единый... 
    Читать полностью

  • Чудеса для разминки

    02.02.2017

    Если чего-нибудь не раздобудешь, неважно. Пропусти опыт и переходи к следующему. Но описание пропущенного опыта прочитай: когда-нибудь, при удобном случае, к нему можно и вернуться. Для первого опыта нужны два вещества, которые,... 
    Читать полностью

  • Варим яйцо в бумажной кастрюле

    02.02.2017

    Возьмите лист плотной бумаги, сверните из него колпачок. Стыки проклейте быстросохнущим клеем и скрепите скобами степлера. В эту бумажную емкость налейте воды, положите сырое яйцо. Согните из проволоки держатель (его можно... 
    Читать полностью

  • Свеча из мыла

    02.02.2017

    Когда мы рассуждали о том, почему мыло моет, то упоминали особое устройство его молекулы: «голова» и длинный «хвост», причем «голова» стремится к воде, а «хвост», напротив, от воды отталкивается… Рассмотрим... 
    Читать полностью

  • Главные принципы домашнего физика

    01.02.2017

    Правило первое (самое главное). Сначала демонстрация опыта, потом – его объяснение и применение закона! Именно такая последовательность привлекает максимальное внимание, и вызывает главный вопрос исследователя – «Почему?» Правило... 
    Читать полностью