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LE PRINCIPALI SCOPERTE SCIENTIFICHE
Analisi spettrale. Storia ed essenza della scoperta scientifica
Elenco / Le scoperte scientifiche più importanti Quando un raggio di sole passa attraverso un prisma, uno spettro appare sullo schermo dietro di esso. Da duecento anni ci siamo abituati a questo fenomeno. Se non guardi da vicino, sembra che non ci siano confini netti tra le singole parti dello spettro: il rosso si trasforma continuamente in arancione, l'arancione in giallo, ecc. Più attentamente di altri nel 1802, il medico e chimico inglese William Hyde Wollaston (1766–1828) esaminò lo spettro. Wollaston scoprì contemporaneamente diverse linee scure nette che, senza un ordine visibile, attraversavano lo spettro del Sole in luoghi diversi. Lo scienziato non attribuiva molta importanza a queste linee. Credeva che il loro aspetto fosse causato o dalle caratteristiche del prisma, o dalle caratteristiche della sorgente luminosa, o da altre cause secondarie. Le linee stesse gli interessavano solo perché separavano le bande colorate dello spettro l'una dall'altra. Successivamente, queste linee oscure furono chiamate linee di Fraunhofer, perpetuando il nome del loro vero ricercatore. Joseph Fraunhofer (1787-1826) all'età di 11 anni, dopo la morte dei genitori, andò a studiare con un maestro stridente. A causa del lavoro, c'era poco tempo per la scuola. Fino all'età di 14 anni, Joseph non sapeva né leggere né scrivere. Ma non c'era felicità, ma la sfortuna ha aiutato. Un giorno la casa del proprietario crollò. Quando Giuseppe fu rimosso dalle macerie, il principe ereditario passò in macchina. Ha avuto pietà del giovane e gli ha consegnato una considerevole somma di denaro. Il giovane aveva abbastanza soldi per comprarsi una rettificatrice e iniziare a studiare. Fraunhofer nella città di provincia di Benediktbeiren ha imparato a molare i vetri ottici. Nella sua prefazione alle opere raccolte di Fraunhofer, E. Lommel ha riassunto il suo contributo all'ottica pratica nel modo seguente. "Grazie all'introduzione dei suoi nuovi e migliorati metodi, meccanismi e strumenti di misura per ruotare e lucidare le lenti ... è riuscito a ottenere campioni sufficientemente grandi di vetro selce e vetro corona senza venature. Di particolare importanza è stato il metodo che ha trovato per determinando con precisione la forma delle lenti, che ha cambiato completamente lo sviluppo della direzione dell'ottica pratica e ha portato il telescopio acromatico a una perfezione tale, che prima non si poteva nemmeno sognare. Per effettuare misurazioni accurate della dispersione della luce nei prismi, Fraunhofer ha utilizzato una candela o una lampada come fonte di luce. Allo stesso tempo, ha scoperto una linea gialla brillante nello spettro, ora conosciuta come la linea gialla del sodio. È stato presto stabilito che questa riga è sempre nello stesso punto dello spettro, quindi è molto conveniente utilizzarla per misurazioni accurate degli indici di rifrazione. Dopo di che, dice Fraunhofer nel suo primo lavoro nel 1815: "... ho deciso di scoprire se era possibile vedere una linea così luminosa nello spettro solare. E con l'aiuto di un telescopio ho trovato non una linea, ma un numero estremamente elevato di linee verticali, nette e deboli, che però si sono rivelate più scure del resto dello spettro, e alcune di esse sono apparse quasi completamente nere." In totale, li contò lì 574. Fraunhofer diede nomi e indicò la loro posizione esatta nello spettro. Si è riscontrato che la posizione delle linee scure era rigorosamente invariata; in particolare, una doppia linea netta appariva sempre nello stesso punto nella parte gialla dello spettro. Fraunhofer l'ha chiamata la linea O. Lo scienziato ha anche scoperto che nello spettro della fiamma di una lampada ad alcol nello stesso punto della linea scura O nello spettro del Sole, c'è sempre una doppia linea gialla brillante. Fu solo molti anni dopo che il significato di questa scoperta divenne chiaro. Continuando i suoi studi sulle linee scure nello spettro del Sole, Fraunhofer si rese conto della cosa principale: la loro causa non è in un'illusione ottica, ma nella natura stessa della luce solare. Come risultato di ulteriori osservazioni, ha trovato linee simili nello spettro di Venere e Sirio. Una scoperta di Fraunhofer, come si è scoperto in seguito, si è rivelata particolarmente importante. Stiamo parlando dell'osservazione della doppia linea D. Nel 1814, quando lo scienziato pubblicò la sua ricerca, a questa osservazione non fu prestata molta attenzione. Tuttavia, 43 anni dopo, William Swan (1828–1914) scoprì che la doppia linea gialla O nello spettro di una fiamma di una lampada spirituale appare in presenza di sodio metallico. Purtroppo, come molti prima di lui, Swan non si rese conto del significato di questo fatto. Non ha mai detto le parole decisive: "Questa linea appartiene al metallo sodico". Nel 1859 due scienziati ebbero questa semplice e importante idea: Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) e Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899). Nel laboratorio dell'Università di Heidelberg hanno organizzato il seguente esperimento. Prima di loro, o solo un raggio di sole passava attraverso un prisma, o solo la luce di una lampada a spirito. Gli scienziati hanno deciso di saltarli allo stesso tempo. Di conseguenza, hanno scoperto un fenomeno che L.I. Ponomarev: "Se solo il raggio del Sole cadeva sul prisma, allora sulla scala dello spettroscopio vedevano lo spettro del Sole con una linea scura O al suo solito posto. La linea scura rimaneva ancora al suo posto anche quando i ricercatori posizionavano uno spirito ardente lampada nel percorso del raggio. Ma quando hanno posizionato uno schermo nel percorso di un raggio di sole e hanno illuminato il prisma solo con la luce di una lampada ad alcool, allora una linea di sodio giallo brillante O è apparsa chiaramente al posto della linea scura O. Kirchhoff e Bunsen hanno rimosso lo schermo: la linea O è tornata scura. Quindi hanno sostituito il raggio del sole con la luce di un corpo caldo - il risultato è sempre stato lo stesso: uno scuro è apparso al posto di una linea gialla brillante. Cioè, la fiamma della lampada spirituale assorbiva sempre i raggi che essa stessa emetteva. Per capire perché questo evento ha entusiasmato i due professori, seguiamo il loro ragionamento. La linea O giallo brillante nello spettro della fiamma della lampada spirituale appare in presenza di sodio. Nello spettro del Sole, una linea scura di natura sconosciuta si trova nello stesso punto. Lo spettro del raggio di qualsiasi corpo caldo è continuo e non contiene linee scure. Tuttavia, se un tale raggio viene fatto passare attraverso la fiamma di una lampada ad alcool, il suo spettro non è diverso dallo spettro del Sole: ha anche una linea scura nello stesso punto. Ma conosciamo già quasi la natura di questa linea scura, in ogni caso possiamo intuire che appartiene al sodio. Pertanto, a seconda delle condizioni di osservazione, la riga del sodio O può essere di colore giallo brillante o scuro su sfondo giallo. Ma in entrambi i casi, la presenza di questa linea (non importa quale - gialla o scura!) Significa che c'è del sodio nella fiamma della lampada a spirito. E poiché una tale linea nello spettro della fiamma di una lampada ad alcool nella luce trasmessa coincide con la linea scura O nello spettro del Sole, significa che c'è del sodio sul Sole. Inoltre, si trova nella nube gassosa esterna, che è illuminata dall'interno dal nucleo caldo del Sole. Una breve nota di due pagine, scritta da Kirchhoff nel 1859, conteneva quattro scoperte contemporaneamente: - ogni elemento ha il proprio spettro di linee, il che significa un insieme di linee rigorosamente definito; - tali linee possono essere utilizzate per analizzare la composizione delle sostanze non solo sulla Terra, ma anche sulle stelle; - Il sole è costituito da un nucleo caldo e da un'atmosfera relativamente fredda di gas caldi; Il Sole contiene l'elemento sodio. Ben presto furono confermate le prime tre proposizioni, in particolare l'ipotesi sulla struttura del Sole. La spedizione dell'Accademia francese delle scienze nel 1868, guidata dall'astronomo Jansen, visitò l'India. Ha scoperto che durante un'eclissi solare totale, nel momento in cui il suo nucleo caldo è coperto dall'ombra della Luna e solo la corona brilla, tutte le linee scure nello spettro del Sole lampeggiano di luce intensa. Kirghof e Bunsen non solo hanno confermato brillantemente la seconda posizione, ma l'hanno anche sfruttata per scoprire due nuovi elementi: rubidio e cesio. È così che è nata l'analisi spettrale, con l'aiuto della quale è ora possibile scoprire la composizione chimica di galassie lontane, misurare la temperatura e la velocità di rotazione delle stelle e molto altro. Successivamente, la tensione elettrica è stata utilizzata più spesso per portare gli elementi in uno stato eccitato. Sotto l'influenza della tensione, gli elementi emettono luce caratterizzata da determinate lunghezze d'onda, cioè con un certo colore. Questa luce è divisa in un apparato spettrale (spettroscopio), la cui parte principale è un prisma di vetro o quarzo. In questo caso si forma una striscia, composta da linee separate, ognuna delle quali è caratteristica di un determinato elemento. Ad esempio, era noto in precedenza che il minerale kleveite, quando riscaldato, rilascia un gas simile all'azoto. Questo gas, se studiato con uno spettroscopio, si è rivelato essere un gas nobile nuovo, ancora sconosciuto. Quando eccitato elettricamente, emetteva linee che erano state precedentemente rilevate durante l'analisi dei raggi del sole con uno spettroscopio. È stato un caso particolare quando un elemento precedentemente scoperto sul Sole è stato scoperto da Ramsay anche sulla Terra. Gli fu dato il nome elio, dalla parola greca "helios" - il sole. Oggi si conoscono due tipi di spettri: continuo (o termico) e lineare. Come scrive Ponomarev, “lo spettro termico contiene tutte le lunghezze d'onda, viene emesso quando i solidi vengono riscaldati e non dipende dalla loro natura. Lo spettro delle linee è costituito da un insieme di singole linee nette, si verifica quando i gas e i vapori vengono riscaldati (quando le interazioni tra gli atomi sono piccole) e, cosa particolarmente importante, questo insieme di linee è unico per qualsiasi elemento. Inoltre, gli spettri lineari degli elementi non dipendono dal tipo di composti chimici composti da questi elementi. Pertanto, la loro causa deve essere ricercata nelle proprietà degli atomi. Il fatto che gli elementi siano determinati in modo univoco e completo dal tipo di spettro di linea fu presto riconosciuto da tutti, ma il fatto che lo stesso spettro caratterizzi un singolo atomo non si realizzò immediatamente, ma solo nel 1874, grazie ai lavori del famoso astrofisico inglese Norman Lockyer (1836–1920). E quando se ne sono accorti, sono giunti subito all'inevitabile conclusione: poiché lo spettro delle righe sorge all'interno di un singolo atomo, allora l'atomo deve avere una struttura, cioè avere parti costitutive! Autore: Samin D.K.
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