Elektromanyetik spektrumun görünür kısmının anlamı nedir? Ders semineri "elektromanyetik radyasyon spektrumu"
Cam, insanlık tarafından bin yıldan fazla bir süredir bilinmektedir. İlk başta insanlar, örneğin kehribar ve kaya kristali gibi doğal camları nasıl çıkaracaklarını ve kullanacaklarını öğrendiler. volkanik köken. Sonra eski ustalar öğrendi ve kuvars kumu (SiO 2), soda (Na 2 CO 3) ve kireç (CaO) karışımını eriterek bağımsız olarak silikat camları elde edin. Sonuç, Na2OCaO6SiO2 bileşimine sahip bir kimyasal komplekstir.
Binlerce yıldır çeşitli camlar elde etme süreci, bireysel zanaatkarların erişebileceği bir sanattı, ancak modern zamanlarda elde etmek için tek bir metodoloji vardı. Çeşitli türler birkaç yüzyıldır var olan cam.
Ancak camın nasıl düzenlendiği ve eşsiz olmasının sebebi nedir? Mekanik özellikler bilim adamları hala anlamış değil.
Katıların camsı halinin doğası ve oluşum mekanizması ile ilgili hararetli tartışmalar günümüzde de devam etmektedir.
Okul müfredatı camı şekilsiz bir katı olarak sınıflandırır, ancak her aday camsı durumun sıvıdan nasıl farklı olduğunu açıklayamaz. kimya bilimleri. Bunun nedeni, her şeyden önce, şimdiye kadar hiç kimsenin camın gerçekte ne tür bir yapıya sahip olduğunu deneysel olarak gösterememiş olmasıdır.
Tüm atomların düzenli bir şekilde paketlendiği kristal katıların aksine kristal kafes, camsı durumda, atomların bu kadar uzun menzilli düzenleme düzeni yoktur. Öte yandan cam, yalnızca kısa menzilli bir düzene sahip olan - yalnızca komşu moleküllerin ve atomların karşılıklı düzenine sahip olan bir süpervizör sıvı olarak adlandırılamaz. Katıların yapısını incelemek için başarılı bir şekilde kullanılan kırınım araştırma yöntemleri, camların, atomlar arası olanları yalnızca biraz aşan mesafelerde, sözde ortalama atom sıralama düzeninin varlığıyla karakterize edildiğini göstermiştir.
Bütün bu çalışmalar, camda bu tür yerel atom gruplarının bir veya iki hücre içerdiğini bulmayı mümkün kıldı. Bir kristal kafesin hücrelerine benzerler, ancak birbirlerine göre bozulurlar. Ek olarak, birçok uzman, örneğin alkali borat camlar gibi çok bileşenli camların M2O / B203 (M bir atomdur) olduğuna inanma eğilimindedir. alkali metal), kimyasal olarak heterojendir ve yapılarında birkaç tane içerir çeşitli tipler farklılık gösteren gruplar karşılıklı anlaşma ve ilgili atomların sayısı. Ne yazık ki camların yapısında uzun mesafeli bir düzenin olmaması, onların dikkatli araştırma yolu ile kırınım yöntemleri analiz ve dolayısıyla neredeyse yarım asırdır yöntemler matematiksel modelleme bilim adamlarının bu alandaki tek silahı olmaya devam etmektedir.
Termodinamik açıdan cam, bir katının metastabil fazından başka bir şey değildir, oldukça uzun süreli bir katılaşma sürecidir. Maddeler geçtiğinde sıvı hal katı, kristal halinde bir azalma var içsel enerjiönemli bir ısı salınımının eşlik ettiği sistemler. Düzenli bir kristal kafes oluşturmak, enerji açısından "karlıdır" ve katıların çoğunun varlığını belirleyen tam da bu kafes - kristal haldeki minimum iç enerji -.
Camın kristalleşmesi sırasında bu minimuma ulaşılmaz - maddenin yapısındaki atomların kristalografik konumlarını alacak zamanları yoktur.
Yine de fiziki ozellikleri malzeme - zaman içindeki dayanıklılığı ve kararlılığı - birçok bilim insanının cam yapısının, bu malzemenin kristal yapı oluşumundan önce bile elde edilen belirli bir yerel minimum iç enerjisi tarafından korunduğu sonucuna varmasına yol açmıştır.
Başka bir deyişle, camın basitçe aşırı soğutulmuş ve çok viskoz bir sıvı olarak düşünüldüğünde beklenebileceği gibi, camdaki atomlar kristalografik konumlarına çok yavaş bir şekilde sürünmeyi bile reddederler. Aslında, ilk erimeden soğuma sırasında sona erdikleri konumlarda "kilitlenmiş" olurlar. "Gerçek" minimum enerjiye daha fazla geçişleri, enerji "geçişi" yoluyla bir geçişi gerektirecektir ve böyle bir geçiş için enerji alacak hiçbir yer yoktur.
Yarım asır önce, Bristol fizik profesörü Charles Frank da dahil olmak üzere birkaç teorisyen, camın yapısındaki atomların kilitlenmesinin, iç içe geçen ikosahedral grupların - 20 kenarlı - oluşumundan kaynaklandığını öne sürdü. hacimsel rakamlar beş katlı simetri ile. Ne yazık ki, doğrudan araştırma yöntemlerinin eksikliği, bu sonuçları deneysel olarak doğrulamayı henüz mümkün kılmadı.
Şimdi, aynı Bristol Üniversitesi'nin Paddy Royal liderliğindeki çalışanları, Japonya ve Avustralya'dan meslektaşlarının desteğiyle, bir cam yapının oluşumunun gerçekten de atomların ikosahedral gruplarının oluşumuna yol açtığını göstermeyi başardılar. Karşılığı Nature Materials'da yayınlanmak üzere kabul edildi.
Doğru, bilim adamları deneylerini camlar üzerinde değil, atomlar yerine bir polimer matris içinde asılı duran koloidal jel parçacıklarının kullanıldığı bir model sistem üzerinde kurdular. Yüksek bir sıcaklıkta, böyle bir jel bir sıvı gibi davranır ve sıcaklık düştüğünde, jel parçacıklarının yerel yapısı daha fazla hareket etmelerini engellediğinde, sözde dinamik blokaj olgusu nedeniyle katı bir duruma dönüşür. Aslında parçacıkların uzayda böyle bir kilitlenmesinden başka bir şey değildir. yerel minimum Jelin iç enerjisi.
Böyle bir jel, oldukça basitleştirilmiş bir cam sertleştirme modeli olmasına rağmen, dinamik olarak engellenmiş yapısının oluşumuna eşlik eden süreçler, birçok açıdan cam katılaştırma işlemlerine benzer olmalıdır.
Bir yapı içinde sıralanan parçacıkların doğrudan gözlemini organize etmek için bilim adamları için bir model sistemin kullanılması gerekliydi. Bunu yapmak için, aynı anda üç boyutta bir mikrometre koloidal parçacıklar sistemini gözlemlemeyi mümkün kılan optik mikroskopi - konfokal mikroskopi türlerinden birini kullandılar.
Görüntüleri ve videoları işledikten sonra bilim adamları, sertleştirilmiş jelin dinamik olarak geciktirilmiş yapısının gerçekten de beş katlı simetriye sahip ikosahedral şekillerden oluştuğu sonucuna vardılar.
Royal, çalışmasının, gelecekte geliştirilmesi bu tür birçok malzemeyi elde etmek için yöntemlerin ortaya çıkmasına yol açabilecek olan, camsı durumun uzun zamandır beklenen tamamlanmış teorisinin temelini oluşturabileceğine inanıyor.
New Scientist ile yaptığı bir röportajda, açıkladı bu tür malzemelerin avantajları nelerdir? Örneğin, camsı halde elde edilen birçok metal, en pahalı ve karmaşık modern alaşımlardan çok daha çekici yapısal malzemeler olabilir.
Okurlarımızın çoğu farkındadır. başarı Sıradan çeliğin olağanüstü sünekliğini, ikincisinde nano ölçekli bir lifli yapı oluşturarak elde eden Japon uzmanlar. Öte yandan, kristalitlerin tane sınırlarında gerilimlerden tamamen arınmış çelik elde edilirse, o zaman böyle bir malzeme muhtemelen büyüklük sıralarında daha dirençli olacaktır. farklı tür yükler.
Cam gibi şeffaf olup olmayacağını Royal tahmin etmeyi taahhüt etmez.
Her gün cam ürünlerle karşılaşan çok azımız camın neyden yapıldığını düşünürüz. Üretim süreci nasıl gidiyor? 5 bin yıl önce eski Mısır'da ortaya çıkan cam çok bulutlu ve çirkin bir görünüme sahipti. Şu anda karşı karşıya olduğumuz malzeme çok daha sonra elde edildi.
cam bileşimi.
Saf cam cam için kullanılır kuvars kumu(yaklaşık %75), Misket Limonu ve soda. dan ürün almak için belirli özellikler bileşim oksitler ve metaller içerebilir.
- borik asit oksit. Ortaya çıkan ürünlerin termal genleşme katsayısını düşürür, bitmiş ürünlerin parlaklığını ve şeffaflığını arttırır.
- Öncülük etmek. Bu bileşen kristal üretimi sırasında eklenir. Kristal ürünler dokunulamayacak kadar soğuktur ve bu malzeme için karakteristik bir parlaklığa ve çınlamaya sahiptir.
- Manganez. Bunu eklemek ağır metal yeşil tonlu ürünlerin üretimine katkıda bulunur. Manganezin yanı sıra nikel, krom veya tay yardımıyla diğer renklerde ürünler elde edebilirsiniz.
fiziki ozellikleri.
Camın en önemli özellikleri:
- Yoğunluk. Bu özellik bağlıdır kimyasal bileşim ve 2200 ile 6500 kg/m³ arasında değişmektedir. Sıcaklık arttıkça camın yoğunluğu azalır ve özellikle kırılgan hale gelir.
- Kuvvet. Camın cinsine göre mukavemeti 50 ile 210 kgf/mm² arasında değişmektedir. Malzemenin yüzeyindeki hafif bir hasar bu rakamı 3-4 kat azaltır.
- kırılganlık b. Camın kırılganlığı ve darbelere dayanamaması, hayatın bazı alanlarında kullanımını sınırlandırmaktadır. Malzemenin bileşimine belirli kimyasal elementler eklendiğinde, bu özellik artışlar.
- Isı dayanıklılığı. Isı direnci - bir malzemenin büyük sıcaklık değişikliklerine dayanma yeteneği. Sıradan pencere camı 90°C'ye kadar sıcaklıklara dayanabilir. Sanayide bu rakamlar zaman zaman artmaktadır.
Cam türleri.
Sokakta gördüğümüz ve kullandığımız camdan yapılmış birçok ürün Günlük yaşam. Bunlar cam eşyalar, ampuller, camlar, pencerelerdir. fiziğine bağlı olarak ve kimyasal özellikler, vitrin, ayna, lamba yapımında da cam kullanılmaktadır. Bu homojen amorf cismin ne türleri var ve ondan ne yapılıyor?
- Kristal cam. Kurşun oksit içerir. Yüksek şeffaflık ve parlaklık bu cama çekici ve estetik bir görünüm kazandırır. Esas olarak tabak ve hediyelik eşya imalatında kullanılırlar.
- kuvars camı. Bileşim en saf kuvars kumunu içerir. Kuvars cam ürünleri, büyük sıcaklık dalgalanmalarına, laboratuvar cam eşyalarına, yalıtkanlara, Optik enstrümanlar, pencere.
- Köpük cam. Bileşiminde çok sayıda boşluk bulunan bir cam kütlesidir. Mükemmel ısı ve ses yalıtımı özellikleri, inşaatta yaygın olarak kullanılmasına yol açmıştır.
- cam yünü. Yüksek yırtılma direncine sahip ince cam iplikleri görünümündedir. Hem inşaatta hem de kimyasal endüstri. Cam yünü yangına dayanıklıdır. Bu nedenle kaynakçılar ve itfaiyeciler için giysi dikmek için malzemenin bir parçası olarak kullanılır.
Bu listeye sahip olan gözlükleri ekleyebilirsiniz. belirli özellikler :
- Yangına dayanıklı. Açık aleve karşı dayanıklıdır ve yüksek sıcaklıklara dayanıklıdır.
- Isıya dayanıklı. Düşük termal genleşme katsayısına sahiptir ve ani sıcaklık değişikliklerine karşı dayanıklıdır
- kurşun geçirmez. Güçlü darbelere dayanabilen darbeye dayanıklı cam.
Cam nasıl yapılır?
Cam üretimi, sürecinde aşağıdaki adımları içerir:
- Eğitim gerekli malzemeler . Hazırlanan hammaddenin özel işleme ihtiyacı vardır. Kuvars kumu zenginleştirilir ve bileşimindeki demir safsızlıkları giderilir. Kireçtaşı ve dolomit dikkatlice ezilir.
- Belirli oranlarda malzeme karıştırma. Şu veya bu malzemenin miktarı ve yüzde cam mamullerin istenilen fiziksel ve kimyasal özelliklerine bağlı olarak hazırlanan karışıma bağlıdır.
- Cam fırınlarında pişirme. Pişirme adımı şurada gerçekleşir: Yüksek sıcaklık aralığı 800°C ila 1400°C arasındadır. Gitmek aktif süreç kuvars kumu eritilir ve cam viskoz ve şeffaf hale gelir.
Homojen bir cam karışımı elde edildikten sonra, gelecekteki ürünler oluşturulur, ürün aniden soğutulur, ardından termal ve fiziksel işlemler yapılır.
Endüstride uygulama
Pürüzsüz bir yüzeye sahip şeffaf, aşınmaya dayanıklı ve dayanıklı bir malzemenin kullanılması harika. Cam çok olmasına rağmen kırılgan malzeme, yaygın olarak kullanılır çeşitli alanlar endüstri ve yaşam.
- makine Mühendisliği- araçları işlemek için kullanılan yapışmaz boyaların bir parçasıdır.
- kağıt endüstrisi- bitmiş kağıt hamurunun emprenye edilmesi.
- Bina- aside dayanıklı malzemelere ve refrakter beton yapılara eklenir.
- Kimyasal endüstri- deterjan üretimi.
Bu işlevsel malzeme bükebilir, kesebilir, eritebilir ve ondan eşsiz ve güzel ürünler elde edebilirsiniz. Bu nedenle inşaatta dekoratif işler için renkli cam aktif olarak kullanılmaktadır. kamu binaları ve her türlü hediyelik eşya yapmak.
Cam kategorileri
Amacına göre, cam aşağıdakilere ayrılır: kategoriler:
- Ev camı. Bu grup mutfak eşyaları, ev eşyaları, lamba ürünleri, sanat ürünleri ve ev eşyaları olmak üzere beş alt gruptan oluşmaktadır.
- bina camı- düz cam, vitrinler, çift camlı pencereler, ısı yalıtımlı çift camlı pencereler, güçlendirilmiş cam.
- endüstriyel cam- laboratuvar aletleri, endüstri için koruyucu ürünler, cam yünü, optikler.
Cam, evimizi rüzgardan, yağmurdan ve soğuktan korumanın yanı sıra kişiye yaratıcılık için geniş bir alan sağlar. Onu yaratma süreci, malzemenin kendisi kadar güzel ve gizemli. Şeffaf, sert, aside dayanıklı cam, mimaride ve günlük hayatta vazgeçilmez bir malzeme haline geldi.
Bu yazımızda camın neyden yapıldığını detaylı olarak inceledik. Bu malzeme özel aldı, önemli yer bir insanın hayatında, onsuz birçok günlük şey çok daha zor olurdu.
Video: bir madde yapma süreci
camın icadı önemli nokta aynı anda birkaç eski uygarlığın tarihinde.
kabul edilir ki ilk bardak elde edildi içinde Antik Mısır yaklaşık 5000 yıl önce, diğer eski halklar da camı biliyorlardı - birisi camı kendisi "düşündü" ve birisi onun hazırlanması için komşularından tarifler ödünç aldı. Ancak ne olursa olsun, sağlam, dayanıklı, şeffaf ve oldukça plastik bir malzeme olan cam, dekoratif ve tamamen pratik hedeflere ulaşılmasına hizmet ederek insan uygarlığının gelişmesinde önemli bir rol oynamıştır.
Bu arada atalarımızın, kırılgan olmasına rağmen camın gerçekten sert olduğundan şüpheleri yoktu. Evet ve camın fiziksel, kimyasal ve yapısal açıdan sıradan taştan, bir demir parçasından veya tahtadan çok az farklı olduğunu düşünmeye alışkınız. Ancak bu, derin bir yanılgıdır, çünkü olağan cam oldukça viskoz bir sıvıdır.
Çevremizdeki hemen hemen tüm katı cisimler kristaller. Metaller, çoğu polimer, doğal mineraller, tuz ve şeker, hatta donmuş su - tüm bunlar ve çok daha fazlası, çok küçük kristallerden oluşur. farklı yapı. Burada önemli bir açıklama yapmak gerekiyor. Kristal bedenler sadece o kadar güzel değil taşlar, ışıkta gökkuşağının tüm renkleriyle oynamakla birlikte, atomların, iyonların veya moleküllerin iyi tanımlanmış bir modelle "paketlendiği" diğer cisimler de sözde kristal kafesi oluşturur.
Ancak, arasında katılar ve cisimler de var, hiç kristal olmayanlar, yani içlerindeki atomlar veya moleküller, görünür bir model olmaksızın rastgele düzenlenmiştir. Bu tür organlara denir amorf ve katı olmalarına rağmen yapıları sıvıya olabildiğince yakındır. Şekilsiz cisimlerin ve maddelerin yapısı, bazı çekinceler dışında, bir sıvının özellikleriyle gerçekten örtüşen özelliklerini belirler.
Bildiğiniz gibi, en yaygın cam üç maddenin eritilmesiyle elde edilebilir: silikon oksit (sıradan kum), soda ve kireç (veya potas). Bu bileşenler belirli oranlarda karıştırılarak yaklaşık 1400°C sıcaklığa getirilir. Karışım erir, camsı şeffaf bir kütle oluşturur ve bundan yapmak mümkündür. çesitli malzemeler. Aynı zamanda camın bir özelliği vardır - sıcaklık ne kadar yüksek olursa, o kadar az viskoz hale gelir, teorik olarak su kadar sıvı hale getirilebilir.
İlginç bir şekilde, cam soğutulduğunda sadece sertleşmekle kalmaz, aynı zamanda viskozitenizi artırın, yani, sıradan oda sıcaklıklarında bile, en sıradan pencere camı bir sıvı kalır, ancak çok, çok viskozdur - akmaya devam eder, ancak en hassas aletler tarafından zar zor fark edilebilen bir hızda.
var amorf maddeler, harici olarak katı, ancak viskozitesi camınkinden çok daha düşük. Özellikle bu, mühür mumu, ayakkabı zifti (veya gemi reçinesi), bazı bitkilerin doğal reçineleri vb. birkaç ay sürebilir) madeni para kabın dibinde olacaktır. Yerçekiminin etkisi altındaki bir nesne çok yavaş hız sızdırmazlık mumu tabakasından geçerken, sızdırmazlık mumunun kendisi aynı sert ve kırılgan kalacaktır. Teorik olarak böyle bir deney camla da yapılabilir ancak bu durumda yüzlerce, binlerce yıl beklemeniz gerekecek ancak bu süreden sonra bile madeni paranın camın içinde olması pek olası değil.
Gerçek şu ki, camın devitrifikasyon eğilimi vardır, ya da daha basit bir ifadeyle, kristalleşme: şekilsiz bir maddeden gelen cam, kristal bir maddeye dönüşürken, bulutlu hale gelir, şeffaflığını, gücünü ve plastisitesini kaybeder. Ancak bunun sıradan bir pencere camında gerçekleşmesi için çok fazla zaman geçmesi gerekir.
Yani cam katı olmasına rağmen şekilsizdir ve şaşırtıcı bir şekilde sıvı özelliklerine sahiptir. Ancak, neyse ki, bu sıvının viskozitesi o kadar yüksektir ki, tarihsel standartlara göre bile yavaş akar.
Sıvının atmadığı sorusunda yanlış bir varsayım var. Sıvı bile çok fazla atıyor, ancak aynı zamanda "parçalar" hemen minimum yüzey enerjisini sağlayan bir şekil alıyor (yani bir top, ancak ıslanma, emme, yerçekimi olduğu için oldukça bozuk) ve Diğer özellikler gerçek dünya). Buradaki camdan farklar prensip olarak şunlardır: a) viskozitesi sudan çok daha yüksek olmayan sıvılara göre cam için belirgin şekilde daha yüksek olan mukavemet ve b) cam için "kırıklar" şeklinde bir sıvı için keyfidir - hayır (yukarıya bakın).
Şimdi daha ne olsun zor soru camın sıvı olup olmadığı. Burada kesin bir cevap yok çünkü cam çok katı bir kavram değildir ve cevap camın nasıl tanımlandığına bağlı olacaktır. Ek olarak, cam benzeri pencere camı vardır: alkalin / alkalin toprak elementlerinin silikatlarının bir karışımı ve cam vardır - maddenin hali olarak: uzun menzilli bir düzenin olmadığı tamamen amorf bir cisim. Açıkçası, pencere camı veya onun gibi bir şey alırsak, o zaman yeterince var. belirli sistemözellikleriyle çok iyi anlatılabilir. kantitatif seviye, ve eğer camı ikinci anlamda alırsak, o zaman zorluklar orada başlar, çünkü çok fazla olabilir. farklı sistemler senin hilelerinle İkinci anlamda camın gerçek bir nesneden çok bir model olduğu anlaşılmalıdır. Kusurları, sınırları vb. olmayan ideal bir kristal gibi bir şey. Gerçek Sistemler, pencere camı da dahil olmak üzere, ideal nesneden oldukça farklı olabilir ve hatta birbirinden daha çarpıcı bir şekilde farklı olabilir.
Pencere camı hakkında konuşalım. Neden camın sıvı olmadığı söyleniyor? İlk olarak, bu cam, diğerleri gibi, cam geçiş sıcaklığının altına akmaz. Fırına "mee-e-yavaş akıyor" ile ilgili tüm hikayeler. akmıyor Bu, camda çok farklı olabilen, ancak pencere camında çok farklı olabilen bir bağlanma enerjisi sorunudur. iyonik bağ, bu durumda çok güçlü ve kovalent polar bağ daha da güçlü olan silikat zincirlerinde. Sıralı bir vardiya olarak akış yapısal elemanlar birbirine göre, camda oda sıcaklığı imkansız. Bundan da camın asla bir kap şeklini almayacağı sonucu çıkar. Diyelim ki parçaları bir sürahiye atılırsa, o zaman ne yazık ki ne 10 ne de 10^10 yılda sürahi şeklinde bir külçe çıkaramayacaksınız. Böylece, aramızda bir çelişki var geleneksel tanım gibi sıvılar toplama durumu(sabit hacim, ancak bir kap şeklini alır). Yani cam sıvı değildir.
Şimdi neden camın sıvı olduğu söyleniyor? Ve burada daha ilginç. Tamam, cam katı olsun. Yani ısıtırsanız er ya da geç eriyecektir. Ve evet, herkes bunun doğru olduğunu biliyor - camı ısıtın, yumuşayacak ve sonra akacaktır. Vay harika! Şimdi lütfen bana camın erime noktasını söyleyin? Yani geçişin gerçekleştiği sıcaklık katı hal olan sıvıya dönüşür faz geçişi termodinamik potansiyellerin birinci türevlerinde sıcaklık, basınç vb. ile ilgili ani bir değişikliğin olduğu birinci tür. Ve buna keskin bir ısı salınımı / emilimi eşlik eder. Oh, ama bu zor, bu sıcaklık, hmmm ..., sadece mevcut değil. İlk türevlerdeki ani değişimin yanı sıra, ne yazık ki. Katıdan sıvıya geçiş yoktur, ancak belirli bir sıcaklıktan sonra cam su gibi değilse de bal veya bir tür kefir gibi oldukça iyi akar. Ve geçiş olmadığı için daha fazlası ile Düşük sıcaklık cam sıvıydı, sadece viskozitesi çok hoo ne. Yani cam bir sıvıdır.
Bu tür korkunç çelişkilerle bağlantılı olarak tanıtıldı. özel konsept Lafta "küçük" toplama durumu - şekilsiz bir cisim. Yani uzun menzilli bir yapı düzenine sahip olmayan ve hem katıların bazı özelliklerini hem de katıların bazı özelliklerini sergileyen bir cisim. sıvı cisimler. Aşırı soğutulmuş bir sıvı veya uzun menzilli düzenden yoksun katı bir cisim olarak düşünülebilir, ancak her ikisi de yalnızca bazı yaklaşımlar olacaktır. Onu düşündüğümüz sıcaklığa ve içindeki bağların türüne bağlı olarak, daha çok katı gibi olabilir veya daha çok sıvı gibi olabilir ama ikisi de değildir. "Pencere" camı, tamamen amorf bir gövde değil, üretimdeki kaçınılmaz kusurlar nedeniyle genellikle hala kristal inklüzyonlar içeren bu tür amorf bir gövdeye bir örnektir.
Radyasyon türleri
termal radyasyon – atomların ışık yayması için enerji kaybının, yayılan cismin atomlarının (veya moleküllerinin) termal hareketinin enerjisi ile telafi edildiği radyasyon. Isı kaynağı güneş, akkor lamba vb.
elektrolüminesans(Latince ışıldamadan - "ışıma") - bir parlamanın eşlik ettiği bir gazın boşalması. Kuzey ışıkları elektrolüminesansın bir tezahürü var. Reklam yazıtları için tüplerde kullanılır.
katodolüminesans– katıların elektron bombardımanından kaynaklanan parlaması. Onun sayesinde televizyonların katot ışınlı tüplerinin ekranları parlıyor.
kemilüminesans– bazılarında ışık yayılımı kimyasal reaksiyonlar enerjinin serbest bırakılmasıyla gidiyor. Parlama özelliğine sahip ateş böceği ve diğer canlı organizmalar örneğinde gözlemlenebilir.
fotolüminesans– doğrudan üzerlerine düşen radyasyonun etkisi altındaki cisimlerin parlaması. Bir örnek, Noel süslerini kaplayan parlak boyalardır, ışınlandıktan sonra ışık yayarlar. Bu fenomen, gün ışığı lambalarında yaygın olarak kullanılmaktadır.
Bir atomun ışın yayabilmesi için iletmesi gerekir. belirli enerji. Bir atom ışıyarak aldığı enerjiyi kaybeder ve bir maddenin sürekli parlaması için atomlarına dışarıdan bir enerji akışı gereklidir.
Spektrum
Çizgili Spektrum
Çizgili spektrum, karanlık boşluklarla ayrılmış ayrı bantlardan oluşur. çok iyi birinin yardımıyla spektral aygıtta, her bandın çok sayıda çok yakın aralıklı çizgilerden oluşan bir koleksiyon olduğu bulunabilir. Çizgi spektrumlarının aksine, şerit spektrumları atomlar tarafından değil, bağlı olmayan veya zayıf bağlı moleküller tarafından oluşturulur. bağlı arkadaş arkadaşla.
Moleküler spektrumları gözlemlemek için çizgi spektrumlarını gözlemlemenin yanı sıra, genellikle bir alevdeki buharların parlaması veya bir gaz deşarjının parlaması kullanılır.
Spektral analiz
Spektral analiz - elektromanyetik radyasyon, akustik dalgalar, kütle ve enerji dağılımları dahil olmak üzere, maddenin radyasyonla etkileşiminin spektrumlarının çalışmasına dayanan, bir nesnenin bileşiminin nitel ve nicel olarak belirlenmesi için bir dizi yöntem temel parçacıklar ve diğerleri Analiz amaçlarına ve spektrum türlerine bağlı olarak, birkaç yöntem vardır. Spektral analiz. Atomik ve moleküler spektral analizler, bir maddenin sırasıyla elementel ve moleküler bileşimini belirlemeyi mümkün kılar. Emisyon ve absorpsiyon yöntemlerinde, kompozisyon emisyon ve absorpsiyon spektrumlarından belirlenir. Kütle spektrometrik analiz, atomik veya moleküler iyonların kütle spektrumları kullanılarak gerçekleştirilir ve bir nesnenin izotopik bileşiminin belirlenmesini mümkün kılar. protozoa spektral aparat- spektrograf.
Bir prizma spektrograf cihazının şeması
Tarih
Spektral çizgiler üzerindeki koyu çizgiler uzun zaman önce fark edildi (örneğin, Wollaston tarafından not edildi), ancak bu çizgilerle ilgili ilk ciddi çalışma yalnızca 1814'te Josef Fraunhofer tarafından yapıldı. Etki, onun onuruna Fraunhofer Lines olarak adlandırıldı. Fraunhofer, satırların konumunun kararlılığını belirledi, tablolarını derledi (toplamda 574 satır saydı), her birine alfanümerik bir kod atadı. Çizgilerin ne optik malzemeyle ne de dünyanın atmosferi, ancak doğal bir özelliktir Güneş ışığı. Yapay ışık kaynaklarının yanı sıra Venüs ve Sirius'un tayflarında da benzer çizgiler buldu.
Fraunhofer hatları
Yöntemi 1868'de test etmek için Paris Akademisi Sciences, Hindistan'a bir keşif gezisi düzenledi. Güneş tutulması. Orada bilim adamları, tutulma sırasındaki tüm karanlık çizgilerin, emisyon spektrumunun güneş koronasının absorpsiyon spektrumunu değiştirdiğinde, tahmin edildiği gibi karanlık bir arka plan üzerinde parlak hale geldiğini keşfettiler.
Her bir çizginin doğası, kimyasal elementlerle bağlantısı yavaş yavaş aydınlatıldı. 1860 yılında Kirchhoff ve Bunsen, spektral analiz kullanarak sezyum ve 1861'de rubidyumu keşfettiler. Ve helyum, Güneş'te Dünya'dakinden 27 yıl önce keşfedildi (sırasıyla 1868 ve 1895).
Çalışma prensibi
herkesin atomları kimyasal element kesin olarak tanımlanmış rezonans frekanslarına sahiptirler, bunun sonucunda ışığı bu frekanslarda yayarlar veya emerler. Bu, spektroskopta, her maddenin özelliği olan belirli yerlerde spektrum üzerinde çizgilerin (koyu veya açık) görünmesine yol açar. Çizgilerin yoğunluğu maddenin miktarına ve durumuna bağlıdır. Kantitatif spektral analizde, test maddesinin içeriği spektrumdaki çizgilerin veya bantların göreli veya mutlak yoğunlukları tarafından belirlenir.
Optik spektral analiz, göreceli uygulama kolaylığı, analiz için numunelerin karmaşık hazırlanmasının olmaması ve analiz için gereken az miktarda madde (10-30 mg) ile karakterize edilir. Büyük sayı elementler. Atomik spektrumlar (absorpsiyon veya emisyon), numuneyi 1000-10000 °C'ye ısıtarak bir maddenin buhar haline aktarılmasıyla elde edilir. İletken malzemelerin emisyon analizinde atomların uyarılma kaynakları olarak kıvılcım, ark kullanılır. alternatif akım; numune karbon elektrotlarından birinin kraterine yerleştirilirken. Çeşitli gazların alevleri veya plazmaları, çözeltileri analiz etmek için yaygın olarak kullanılır.
Elektromanyetik radyasyon spektrumu
Elektromanyetik radyasyonun özellikleri. Farklı dalga boylarına sahip elektromanyetik radyasyonun oldukça az farkı vardır, ancak radyo dalgalarından gama radyasyonuna kadar hepsi birdir. fiziksel doğa. Tüm elektromanyetik radyasyon türleri, az ya da çok, dalgaların karakteristik özelliği olan girişim, kırınım ve polarizasyon özelliklerini sergiler. Aynı zamanda, tüm elektromanyetik radyasyon türleri, az ya da çok kuantum özellikleri sergiler.
Tüm elektromanyetik radyasyonlarda ortak olan, oluşum mekanizmalarıdır: elektromanyetik dalgalar hızlandırılmış hareket sırasında herhangi bir dalga boyunda meydana gelebilir elektrik ücretleri veya moleküllerin, atomların veya atom çekirdeklerinin birinden geçişleri sırasında kuantum durumu başka bir içine Elektrik yüklerinin harmonik salınımlarına, yük salınımlarının frekansına eşit bir frekansa sahip olan elektromanyetik radyasyon eşlik eder.
Radyo dalgaları. 10 5 ila 10 12 Hz frekanslarında meydana gelen salınımlarla, dalga boyları birkaç kilometre ila birkaç milimetre arasında değişen elektromanyetik radyasyon meydana gelir. Elektromanyetik radyasyon ölçeğinin bu bölümü, radyo dalgası aralığını ifade eder. Radyo dalgaları radyo iletişimi, televizyon ve radar için kullanılır.
Kızılötesi radyasyon. Dalga boyu 1-2 mm'den az, ancak 8 * 10 -7 m'den büyük elektromanyetik radyasyon, yani. radyo dalgalarının menzili ile menzil arasında uzanan görülebilir ışık kızılötesi radyasyon denir.
Kızılötesi radyasyon, ısıtılmış herhangi bir cisim tarafından yayılır. Kızılötesi radyasyon kaynakları sobalar, su ısıtıcıları, elektrikli akkor lambalardır.
Özel cihazlar yardımıyla kızılötesi radyasyon görünür ışığa dönüştürülebilir ve tamamen karanlıkta ısıtılmış nesnelerin görüntülerini alabilir. Kızılötesi radyasyon boyalı ürünleri, bina duvarlarını, ahşabı kurutmak için kullanılır.
görülebilir ışık.Görünür ışık (veya sadece ışık), kırmızıdan mor ışığa yaklaşık 8*10-7 ila 4*10-7 m dalga boyuna sahip radyasyonu içerir.
Elektromanyetik radyasyon spektrumunun bu bölümünün insan yaşamındaki önemi son derece büyüktür, çünkü bir kişi etrafındaki dünya hakkında neredeyse tüm bilgileri görme yardımıyla alır. Işık önkoşul yeşil bitkilerin gelişimi ve dolayısıyla Dünya'daki yaşamın varlığı için gerekli bir koşul.
Morötesi radyasyon. 1801'de Alman fizikçi Johann Ritter (1776 - 1810), spektrumu incelerken şunu keşfetti:
göze görünmez Elektromanyetik radyasyon mor ışığın dalga boyundan daha kısa olan dalga boyuna ultraviyole radyasyon denir. Ultraviyole radyasyon, 4 * 10 -7 ila 1 * 10 -8 m dalga boyu aralığındaki elektromanyetik radyasyonu içerir.
Ultraviyole radyasyon öldürebilir patojenik bakteri Bu nedenle tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Güneş ışığındaki ultraviyole radyasyon neden olur biyolojik süreçler insan derisinin kararmasına yol açar - güneş yanığı.
Kaynak olarak morötesi radyasyon Tıpta gaz deşarj lambaları kullanılır. Bu tür lambaların tüpleri, ultraviyole ışınlarına karşı şeffaf kuvarstan yapılmıştır; bu nedenle bu lambalara kuvars lambalar denir.
X-ışınları. Elektron yayan ısıtılmış bir katot ile bir anot arasında bir vakum tüpünde uygulanırsa sabit basınç birkaç on binlerce volt, sonra elektronlar önce hızlanacak Elektrik alanı ve daha sonra anot malzemesinde atomları ile etkileşime girdiğinde aniden yavaşlar. Bir maddedeki hızlı elektronların yavaşlaması veya atomların iç kabuklarındaki elektron geçişleri sırasında, ultraviyole radyasyondan daha kısa dalga boyuna sahip elektromanyetik dalgalar ortaya çıkar. Bu radyasyon 1895 yılında Alman fizikçi Wilhelm Roentgen (1845-1923) tarafından keşfedildi. 10 -14 ila 10 -7 m dalga boyu aralığındaki elektromanyetik radyasyona x-ışınları denir.
X-ışınlarının kalın madde katmanlarına nüfuz etme yeteneği hastalıkları teşhis etmek için kullanılır. iç organlar kişi. Teknolojide, kontrol etmek için X-ışınları kullanılır. iç yapıçeşitli ürünler, kaynaklar. röntgen radyasyonu güçlü biyolojik eylem ve bazı hastalıkları tedavi etmek için kullanılır. Gama radyasyonu. Gama ışınları, uyarılmış cisimlerin yaydığı elektromanyetik radyasyondur. atom çekirdeği ve temel parçacıkların etkileşiminden kaynaklanır.
gama radyasyonu- en kısa dalga boylu elektromanyetik radyasyon (<10 -10 м). Его особенностью являются ярко выраженные корпускулярные свойства. Поэтому гамма-излучение обычно рассматривают как поток частиц - гамма-квантов. В области длин волн от 10 -10 до 10 -14 и диапазоны рентгеновского и гамма-излучений перекрываются, в этой области рентгеновские лучи и гамма-кванты по своей природе тождественны и отличаются лишь происхождением.
