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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Análisis espectral. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. Cuando un rayo de sol pasa a través de un prisma, aparece un espectro en la pantalla detrás de él. Durante doscientos años, nos hemos acostumbrado a este fenómeno. Si no mira de cerca, parece que no hay límites definidos entre las partes individuales del espectro: el rojo se convierte continuamente en naranja, el naranja en amarillo, etc. Más cuidadosamente que otros en 1802, el médico y químico inglés William Hyde Wollaston (1766–1828) examinó el espectro. Wollaston descubrió varias líneas oscuras y nítidas que, sin orden visible, cortaban el espectro del Sol en diferentes lugares. El científico no le dio mucha importancia a estas líneas. Él creía que su aparición es causada por las características del prisma, o por las características de la fuente de luz, o por algunas otras causas secundarias. Las líneas en sí le interesaban sólo porque separaban las bandas de colores del espectro entre sí. Más tarde, estas líneas oscuras se denominaron líneas de Fraunhofer, perpetuando el nombre de su verdadero investigador. Joseph Fraunhofer (1787-1826) a la edad de 11 años, después de la muerte de sus padres, fue a estudiar con un maestro de molienda. Debido al trabajo, quedaba poco tiempo para la escuela. Hasta la edad de 14 años, Joseph no sabía leer ni escribir. Pero no hubo felicidad, pero la desgracia ayudó. Un día la casa del dueño se derrumbó. Cuando sacaron a José de los escombros, el príncipe heredero pasó. Se compadeció del joven y le entregó una cantidad considerable de dinero. El joven tenía suficiente dinero para comprarse una máquina pulidora y comenzar a estudiar. Fraunhofer en la ciudad provincial de Benediktbeiren aprendió a moler lentes ópticos. En su prefacio a las obras completas de Fraunhofer, E. Lommel resumió su contribución a la óptica práctica de la siguiente manera. "Gracias a la introducción de sus nuevos y mejorados métodos, mecanismos e instrumentos de medición para rotar y pulir lentes... logró obtener muestras suficientemente grandes de vidrio flint y crown glass sin vetas. De particular importancia fue el método que encontró para determinando con precisión la forma de las lentes, lo que cambió por completo la dirección del desarrollo de la óptica práctica y llevó el telescopio acromático a tal perfección, que ni siquiera se podía soñar antes. Para realizar mediciones precisas de la dispersión de la luz en los prismas, Fraunhofer utilizó una vela o una lámpara como fuente de luz. Al mismo tiempo, descubrió una línea amarilla brillante en el espectro, ahora conocida como la línea amarilla de sodio. Pronto se estableció que esta línea siempre está en el mismo lugar en el espectro, por lo que es muy conveniente usarla para mediciones precisas de índices de refracción. Después de eso, dice Fraunhofer en su primer trabajo de 1815: "... Decidí averiguar si era posible ver una línea tan luminosa en el espectro solar. Y con la ayuda de un telescopio encontré no una línea, sino una elevadísima cantidad de líneas verticales, agudas y débiles, que, sin embargo, resultaron ser más oscuras que el resto del espectro, y algunas de ellas aparecían casi completamente negras". En total, los contó allí 574. Fraunhofer dio nombres e indicó su ubicación exacta en el espectro. Se encontró que la posición de las líneas oscuras se mantuvo estrictamente sin cambios; en particular, una línea doble nítida siempre aparecía en el mismo lugar en la parte amarilla del espectro. Fraunhofer la llamó la línea O. El científico también descubrió que en el espectro de la llama de una lámpara de alcohol en el mismo lugar que la línea oscura O en el espectro del Sol, siempre hay una línea amarilla doble brillante. No fue sino hasta muchos años después que quedó clara la importancia de este descubrimiento. Continuando con sus estudios de líneas oscuras en el espectro del Sol, Fraunhofer se dio cuenta de lo principal: su causa no está en una ilusión óptica, sino en la naturaleza misma de la luz solar. Como resultado de más observaciones, encontró líneas similares en el espectro de Venus y Sirio. Un descubrimiento de Fraunhofer, como resultó más tarde, resultó ser especialmente importante. Estamos hablando de la observación de la doble línea D. En 1814, cuando el científico publicó su investigación, no se prestó mucha atención a esta observación. Sin embargo, 43 años después, William Swan (1828–1914) descubrió que la doble línea amarilla O en el espectro de la llama de una lámpara de alcohol aparece en presencia de sodio metálico. Por desgracia, como muchos antes que él, Swan no se dio cuenta de la importancia de este hecho. Nunca dijo las palabras decisivas: "Esta línea pertenece al sodio metálico". En 1859, dos científicos llegaron a esta idea simple e importante: Gustav Robert Kirchhoff (1824–1887) y Robert Wilhelm Bunsen (1811–1899). En el Laboratorio de la Universidad de Heidelberg montaron el siguiente experimento. Ante ellos, solo pasaba un rayo del sol a través de un prisma, o solo la luz de una lámpara espiritual. Los científicos decidieron omitirlos al mismo tiempo. Como resultado, descubrieron un fenómeno que L.I. Ponomarev: "Si solo el rayo del Sol cayera sobre el prisma, entonces en la escala del espectroscopio vieron el espectro del Sol con una línea oscura O en su lugar habitual. La línea oscura permaneció en su lugar incluso cuando los investigadores colocaron un lámpara de alcohol ardiente en el camino del rayo. Pero cuando colocaron una pantalla en el camino de un rayo de sol e iluminaron el prisma solo con la luz de una lámpara de alcohol, una línea amarilla brillante de sodio O apareció claramente en lugar de la línea oscura O Kirchhoff y Bunsen quitaron la pantalla: la línea O volvió a oscurecerse. Luego reemplazaron el rayo del sol con la luz de un cuerpo caliente; el resultado fue siempre el mismo: apareció uno oscuro en lugar de una línea amarilla brillante. Es decir, la llama de la lámpara espiritual siempre absorbía los rayos que ella misma emitía. Para entender por qué este evento entusiasmó a los dos profesores, sigamos su razonamiento. La línea O amarilla brillante en el espectro de la llama de la lámpara de alcohol aparece en presencia de sodio. En el espectro del Sol, una línea oscura de naturaleza desconocida se encuentra en el mismo lugar. El espectro del haz de cualquier cuerpo caliente es continuo y no hay líneas oscuras en él. Sin embargo, si dicho rayo pasa a través de la llama de una lámpara de alcohol, entonces su espectro no es diferente del espectro del Sol; también tiene una línea oscura en el mismo lugar. Pero ya casi conocemos la naturaleza de esta línea oscura, en cualquier caso, podemos adivinar que pertenece al sodio. Por lo tanto, dependiendo de las condiciones de observación, la línea O de sodio puede ser amarilla brillante u oscura sobre un fondo amarillo. Pero en ambos casos, la presencia de esta línea (no importa cuál, ¡amarilla u oscura!) Significa que hay sodio en la llama de la lámpara de alcohol. Y dado que tal línea en el espectro de la llama de una lámpara de alcohol en luz transmitida coincide con la línea oscura O en el espectro del Sol, significa que hay sodio en el Sol. Además, se encuentra en la nube exterior gaseosa, que está iluminada desde el interior por el núcleo caliente del Sol. Una breve nota de dos páginas, escrita por Kirchhoff en 1859, contenía cuatro descubrimientos a la vez: - cada elemento tiene su propio espectro de líneas, lo que significa un conjunto de líneas estrictamente definido; - tales líneas se pueden usar para analizar la composición de sustancias no solo en la Tierra, sino también en las estrellas; - El sol consta de un núcleo caliente y una atmósfera relativamente fría de gases calientes; El Sol contiene el elemento sodio. Las tres primeras proposiciones pronto se confirmaron, en particular, la hipótesis sobre la estructura del Sol. La expedición de la Academia de Ciencias de Francia en 1868, dirigida por el astrónomo Jansen, visitó la India. Descubrió que durante un eclipse solar total, en el momento en que su núcleo caliente está cubierto por la sombra de la Luna y solo brilla la corona, todas las líneas oscuras en el espectro del Sol parpadean con luz brillante. Kirghof y Bunsen no solo confirmaron brillantemente la segunda posición, sino que también la utilizaron para descubrir dos nuevos elementos: el rubidio y el cesio. Así nació el análisis espectral, con cuya ayuda ahora es posible conocer la composición química de galaxias distantes, medir la temperatura y la velocidad de rotación de las estrellas, y mucho más. Más tarde, el voltaje eléctrico se usó con mayor frecuencia para llevar elementos a un estado excitado. Bajo la influencia del voltaje, los elementos emiten luz caracterizada por ciertas longitudes de onda, es decir, que tiene un color determinado. Esta luz se divide en un aparato espectral (espectroscopio), cuya parte principal es un prisma de vidrio o cuarzo. En este caso, se forma una tira que consta de líneas separadas, cada una de las cuales es característica de un determinado elemento. Por ejemplo, anteriormente se sabía que el mineral kleveite, cuando se calienta, libera un gas similar al nitrógeno. Este gas, cuando se estudió con un espectroscopio, resultó ser un gas noble nuevo, aún desconocido. Al excitarse eléctricamente, emitía líneas que previamente habían sido detectadas al analizar los rayos del sol con un espectroscopio. Fue un caso peculiar cuando un elemento previamente descubierto en el Sol fue descubierto por Ramsay en la Tierra también. Se le dio el nombre de helio, de la palabra griega "helios" - el sol. Hoy en día se conocen dos tipos de espectros: continuos (o térmicos) y lineales. Como escribe Ponomarev, “el espectro térmico contiene todas las longitudes de onda, se emite cuando los sólidos se calientan y no depende de su naturaleza. El espectro de líneas consta de un conjunto de líneas nítidas individuales, se produce cuando se calientan gases y vapores (cuando las interacciones entre los átomos son pequeñas) y, lo que es especialmente importante, este conjunto de líneas es único para cualquier elemento. Además, los espectros de línea de los elementos no dependen del tipo de compuestos químicos compuestos por estos elementos. Por lo tanto, su causa debe buscarse en las propiedades de los átomos. El hecho de que los elementos están únicos y completamente determinados por el tipo de espectro de líneas pronto fue reconocido por todos, pero el hecho de que el mismo espectro caracteriza a un átomo individual no se dio cuenta de inmediato, sino solo en 1874, gracias a los trabajos del famoso astrofísico inglés Norman Lockyer (1836-1920). Y cuando se dieron cuenta, inmediatamente llegaron a la conclusión inevitable: dado que el espectro de líneas surge dentro de un solo átomo, ¡entonces el átomo debe tener una estructura, es decir, tener partes constituyentes! Autor: Samin D.K.
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