Widmo absorpcji atomowej, widoczne i w cząsteczkach

A widmo absorpcji jest produktem interakcji światła z materiałem lub substancją w którymkolwiek z jego stanów fizycznych. Ale definicja wykracza poza proste światło widzialne, ponieważ interakcja obejmuje szeroki segment zakresu długości fal i energii promieniowania elektromagnetycznego.

Dlatego niektóre ciała stałe, ciecze lub gazy mogą absorbować fotony o różnych energiach lub długościach fal; od promieniowania ultrafioletowego, po którym następuje światło widzialne, promieniowanie lub światło podczerwone, zachodzące w falach mikrofalowych.

Ludzkie oko dostrzega tylko interakcje materii ze światłem widzialnym. Jest także w stanie kontemplować dyfrakcję białego światła przez pryzmat lub medium w jego kolorowych komponentach (górny obraz).

Gdyby promień światła został „uwięziony” po przejściu przez materiał i przeanalizowany, znalazłby brak pewnych pasm kolorów; to znaczy byłyby czarne pasy kontrastujące z jego tłem. Jest to widmo absorpcyjne, a jego analiza ma fundamentalne znaczenie w instrumentalnej chemii analitycznej i astronomii.

Indeks

• 1 Absorpcja atomowa
  • 1.1 Przejścia i energie elektroniczne
• 2 Widoczne widmo
• 3 Widmo absorpcji cząsteczek
  • 3.1 Błękit metylenowy
  • 3.2 Chlorofile aib
• 4 odniesienia

Absorpcja atomowa

Na górnym obrazie pokazano typowe widmo absorpcji elementów lub atomów. Zauważ, że czarne słupki reprezentują absorbowane długości fal, podczas gdy pozostałe są emitowanymi. Oznacza to, że przeciwnie, widmo emisji atomowej wyglądałoby jak czarne pasmo z emitowanymi paskami kolorów.

Ale czym są te paski? Jak wiedzieć w skrócie, czy atomy absorbują lub emitują (bez wprowadzania fluorescencji lub fosforescencji)? Odpowiedzi leżą w dozwolonych stanach elektronicznych atomów.

Przejścia i energie elektroniczne

Elektrony są w stanie oddalić się od jądra, pozostawiając je naładowane dodatnio, gdy przemieszczają się z orbity niższej energii do orbity wyższej energii. W tym celu, wyjaśnione przez fizykę kwantową, pochłaniają fotony o określonej energii, aby dokonać takiego przejścia elektronicznego.

Dlatego energia jest kwantowana i nie pochłania połowy lub trzech czwartych fotonu, ale wartości częstotliwości (ν) lub określonych długości fal (λ).

Po wzbudzeniu elektronu nie pozostaje on przez nieograniczony czas w stanie elektronowym większej energii; uwalnia energię w postaci fotonu, a atom powraca do stanu podstawowego lub pierwotnego.

W zależności od tego, czy zaabsorbowane fotony zostaną zarejestrowane, będzie widmo absorpcji; a jeśli zarejestrujesz emitowane fotony, wynikiem będzie widmo emisji.

Zjawisko to można zaobserwować eksperymentalnie, jeśli gazowe lub atomizowane próbki pierwiastka są ogrzewane. W astronomii, porównując te widma, można poznać skład gwiazdy, a nawet jej położenie względem Ziemi..

Widoczne widmo

Jak widać na pierwszych dwóch obrazach, widmo widzialne obejmuje kolory od fioletowego do czerwonego i wszystkie jego odcienie w odniesieniu do tego, ile materiału pochłania (ciemne odcienie).

Długości fal światła czerwonego odpowiadają wartościom 650 nm (aż do zaniku promieniowania podczerwonego). A z lewej strony odcienie fioletu i fioletu pokrywają wartości długości fal do 450 nm. Widmo widzialne wynosi wtedy około 400 do 700 nm.

Wraz ze wzrostem λ częstotliwość fotonu maleje, a tym samym jego energia. Zatem światło fioletowe ma wyższą energię (krótszą długość fali) niż światło czerwone (dłuższe długości fali). Dlatego materiał pochłaniający fioletowe światło obejmuje elektroniczne przejścia wyższych energii.

A jeśli materiał wchłonie kolor fioletowy, jaki kolor będzie odzwierciedlał? Pokaże zielonkawo-żółty kolor, co oznacza, że ​​jego elektrony dokonują bardzo energetycznych przejść; podczas gdy materiał absorbuje czerwony kolor, o niższej energii, będzie odzwierciedlał niebieskozielony kolor.

Gdy atom jest bardzo stabilny, zwykle przedstawia bardzo odległe stany elektroniczne w energii; dlatego będziesz musiał wchłonąć fotony o wyższej energii, aby umożliwić przejścia elektroniczne:

Widmo absorpcji cząsteczek

Cząsteczki mają atomy, a te pochłaniają również promieniowanie elektromagnetyczne; jednak ich elektrony są częścią wiązania chemicznego, więc ich przejścia są różne. Jednym z wielkich sukcesów teorii orbitalu molekularnego jest moc powiązania widm absorpcji ze strukturą chemiczną.

Zatem struktury proste, podwójne, potrójne, sprzężone i aromatyczne mają swoje własne stany elektroniczne; i dlatego pochłaniają bardzo specyficzne fotony.

Posiadając kilka atomów, oprócz oddziaływań międzycząsteczkowych i drgań ich wiązań (które również pochłaniają energię), widma absorpcyjne cząsteczek mają postać „gór”, które wskazują pasma, które obejmują długości fal, w których zachodzą przejścia elektroniczne.

Dzięki tym widmom związek można scharakteryzować, zidentyfikować, a nawet, za pomocą analizy wielu zmiennych, określić ilościowo.

Błękit metylenowy

Widmo niebieskiego wskaźnika metylenowego jest pokazane na górnym obrazie. Jak wyraźnie wskazuje jego nazwa, jest niebieski; ale czy można to sprawdzić za pomocą widma absorpcji?

Zauważ, że istnieją pasma między długościami fali 200 i 300 nm. Między 400 a 500 nm nie ma prawie żadnej absorpcji, to znaczy nie absorbuje ona fioletowych, niebieskich lub zielonych kolorów.

Jednak po 600 nm ma intensywne pasmo absorpcji, a zatem ma przejścia energii o niskiej energii, które pochłaniają fotony czerwonego światła.

W konsekwencji, biorąc pod uwagę wysokie wartości absorpcji molowej, błękit metylenowy wykazuje intensywny niebieski kolor.

Chlorofile aib

Jak pokazano na rysunku, zielona linia odpowiada widmu absorpcji chlorofilu a, a niebieska linia odpowiada chlorofilowi ​​a..

Po pierwsze należy porównać pasma, w których absorpcja molowa jest większa; w tym przypadku te po lewej, między 400 a 500 nm. Chlorofil a silnie absorbuje fioletowe kolory, podczas gdy chlorofil b (niebieska linia) ma niebieski kolor.

Absorbując chlorofil b około 460 nm, niebieski, żółty kolor jest odbijany. Z drugiej strony, pochłania również intensywnie blisko 650 nm, pomarańczowe światło, co oznacza, że ​​wykazuje niebieski kolor. Jeśli żółty i niebieski kolor są mieszane, jaki jest wynik? Zielony kolor.

I wreszcie, chlorofil a absorbuje niebieskawo-fioletowy kolor, a ponadto czerwone światło w pobliżu 660 nm. Dlatego wykazuje kolor zielony „zmiękczony” przez żółty.

Referencje

1. Observatoire de Paris. (s.f.). Różne rodzaje widm. Źródło: media4.obspm.fr
2. Kampus uniwersytecki Rabanales. (s.f.). Spektrometria: widma absorpcyjne i kolorymetryczna kwantyfikacja biocząsteczek. [PDF] Odzyskane z: uco.es
3. Day, R. i Underwood, A. (1986). Ilościowa chemia analityczna (piąte wydanie). PEARSON, Prentice Hall, str. 461-464.
4. Reush W. (s.f.). Spektroskopia widzialna i ultrafioletowa. Źródło: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling (2016). Widmo absorpcji. Źródło: daviddarling.info
6. Khan Academy. (2018). Linie absorpcji / emisji. Źródło: khanacademy.org