- Mi az emisszióspektrum?
- A kibocsátási spektrum értelmezése
- Különbség a emisszióspektrum és az abszorpciós spektrum között.
- Példák a kémiai elemek emisszióspektrumára
- Irodalom
Az emisszióspektrum az atomok és molekulák által kibocsátott fény hullámhossz-spektruma, amikor átmenet történik két energiaállapot között. A prizmát sújtó fehér fény vagy látható fény különböző színekre bomlik, az egyes színekhez tartozó hullámhosszon. A kapott színmintázat a fény látható sugárzási spektruma, az úgynevezett emisszióspektrum.
Az atomok, a molekulák és az anyagok emisszióspektrummal is rendelkeznek a fény kibocsátása miatt, amikor elnyelik a megfelelő mennyiségű energiát kívülről a két energiaállapot közötti átvitelre. Ha ezt a fényt egy prizmán haladja át, spektrális színű vonalra bontódik, amelynek az egyes elemekre jellemző hullámhossza különbözik.
Az emisszióspektrum fontossága, hogy lehetővé teszi az ismeretlen anyagok és csillagászati tárgyak összetételének meghatározását spektrális vonalaik elemzése révén, emisszióspektroszkópiás technikákkal.
Ezután elmagyarázzuk, hogy az emisszióspektrum áll és hogyan értelmezzük, néhány példát említünk, valamint a emisszióspektrum és az abszorpciós spektrum közötti különbségeket.
Mi az emisszióspektrum?
Egy elem vagy anyag atomjai elektronokkal és protonokkal rendelkeznek, amelyeket a vonzó elektromágneses erő együttesen tart. A Bohr-modell szerint az elektronok oly módon vannak elrendezve, hogy az atom energiája a lehető legalacsonyabb legyen. Ezt az energiaszintet az atom alapállapotának nevezzük.
Amikor az atomok kívülről energiát szereznek, az elektronok egy magasabb energiaszint felé mozognak, és az atom alapállapotát gerjesztett állapotba változtatja.
Izgatott állapotban az elektronok tartózkodási ideje nagyon rövid (≈ 10-8 s) (1), az atom instabil és visszatér alapállapotba, áthaladva a közbenső energiaszinteken, ha van ilyen.
1. ábra: a) Fotonkibocsátás az atomnak az gerjesztési energiaszint és az alapvető energiaszint közötti átmenete miatt. b) fotonok kibocsátása az atom átmeneti energiaszintek közötti átmenete miatt.
A gerjesztett állapotból az alapállapotba történő átmenet során az atom fény fotont bocsát ki, amelynek energiája megegyezik a két állapot közötti energia különbséggel, közvetlenül arányos a frekvenciával és fordítva arányos a λ hullámhosszúsággal.
A kibocsátott fotont fényes vonalként mutatják, úgynevezett spektrális vonalnak (2), és a kibocsátott fotonok gyűjteményének spektrális energiaeloszlása az atom átmenetein az emisszióspektrum.
A kibocsátási spektrum értelmezése
Az atom átmenetek egy részét a hőmérséklet emelkedése vagy más külső energiaforrások, például fénynyaláb, elektronok áramlása vagy kémiai reakció okozza.
Ha egy gázt, például hidrogént helyezünk egy kamrába alacsony nyomáson, és egy elektromos áram kerül át a kamrán, akkor a gáz a saját színével bocsát ki fényt, amely megkülönbözteti a többi gáztól.
A kibocsátott fény prizmán keresztüli átvezetésével ahelyett, hogy fényszivárvány lenne, a diszkrét egységeket meghatározott vonal formájában kapják meg, amelyek meghatározott hullámhosszúságúak, és amelyek diszkrét mennyiségű energiát hordoznak.
Az emisszióspektrum vonalai minden elemnél egyediek, és a spektroszkópiás technika felhasználása lehetővé teszi az ismeretlen anyag elemi összetételének, valamint a csillagászati tárgyak összetételének meghatározását a kibocsátott fotonok hullámhosszának elemzésével. az atom átalakulása során.
Különbség a emisszióspektrum és az abszorpciós spektrum között.
Az abszorpciós és emissziós folyamatokban az atom átmenetileg változik két energiaállapot között, de az abszorpcióban szerez energiát kívülről és eléri a gerjesztés állapotát.
A sugárzás spektrális vonal ellentétes a fehér fény folyamatos spektrumával. Az elsőben a spektrális eloszlást fényes vonalak formájában figyeljük meg, a másodikban a folyamatos színsávot figyeljük meg.
Ha egy fehér fénysugár gázt, például hidrogént ér el, amely alacsony nyomású kamrában van bezárva, a fénynek csak egy részét fogja elnyelni a gáz, a fennmaradó rész pedig átadódik.
Amikor az áthaladó fény áthalad egy prizmán, spektrális vonalakra bomlik, mindegyik eltérő hullámhosszúságú, és így képezi a gáz abszorpciós spektrumát.
Az abszorpciós spektrum teljesen ellentétes az emisszióspektrummal, és minden elemre specifikus. Ha összehasonlítjuk ugyanazon elem mindkét spektrumát, megfigyeltük, hogy az emissziós spektrális vonalak hiányoznak az abszorpciós spektrumban (2. ábra).
2. ábra: a) emisszióspektrum és b) abszorpciós spektrum (Szerző: Stkl. Forrás:
Példák a kémiai elemek emisszióspektrumára
a) A hidrogénatom spektrumvonalai a spektrum látható tartományában: 656,3 nm piros vonal, 486,1 nm világoskék, 434 nm sötétkék és nagyon gyenge ibolya 410 nm. Ezeket a hullámhosszokat a Balmer - Rydberg egyenletből nyerik ki modern változatában (3).
a spektrális vonal hullámszáma
Rydberg állandója (109666,56 cm-1)
a legmagasabb energiaszint
a legmagasabb energiaszint
3. ábra: A hidrogén kibocsátási spektruma (Szerző: Adrignola. Forrás: commons.wikimedia.org)
b) A hélium emisszióspektrumának két fő vonal-sorozata van, az egyik a látható régióban, a másik az ultraibolya közelében. Peterson (4) a Bohr-modellel kiszámította egy hélium-emissziós vonal sorozatát a spektrum látható részén, két elektron többszörös egyidejű átmenete eredményeként n = 5 állapotba, és megkapta a hullámhossz értékeit. összhangban van a kísérleti eredményekkel. A kapott hullámhosszok 468,8 nm, 450,1 nm, 426,3 nm, 418,4 nm, 412,2 nm, 371,9 nm.
c) A nátrium emisszióspektrumának két nagyon világos vonala van: 589 nm és 589,6 nm, amelyeket D vonalnak hívnak (5). A többi vonal ennél sokkal gyengébb, és gyakorlati célokra az összes nátriumfény a D vonalaktól származik.
Irodalom
- A hidrogénatom gerjesztett állapotai élettartamának mérése. VA Ankudinov, SV Bobashev és EP Andreev. 1965, 1, szovjet fizika JETP, 21. kötet, pp. 26-32.
- Demtröder, W. Lézer-spektroszkópia 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
- DKRai, SN Thakur és. Atom, lézer és spektroszkópia. Újdelhi: Phi Learning, 2010.
- Bohr Revisited: A hélium andespektrális vonalának modellezése. Peterson, C., 5, 2016, Journal of young tutkók, Volume 30, pp. 32-35.
- Journal of Chemical Education. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington és S. Jacobs. 3, 1993, 70. kötet, pp. 250-251.