ABSORPTIOSPEKTRI: ATOMI-, NÄKYVÄ JA MOLEKYYLIABSORPTIO - KEMIA - 2026

Absorptiospektri on, että tuote vuorovaikutuksen valoa materiaalin tai aineen minkä tahansa sen fysikaalisten tilojen. Mutta määritelmä ylittää yksinkertaisen näkyvän valon, koska vuorovaikutus sisältää laajan segmentin aallonpituusalueesta ja sähkömagneettisen säteilyn energiasta.

Siksi jotkut kiinteät aineet, nesteet tai kaasut voivat absorboida eri energioiden tai aallonpituuksien fotoneja; ultraviolettisäteilystä, jota seuraa näkyvä valo, infrapunasäteilyyn tai valoon asteittain mikroaallonpituuksiksi.

Lähde: Circe Denyer PublicDomainPicturesin kautta

Ihmisen silmä havaitsee vain aineen vuorovaikutuksen näkyvän valon kanssa. Samoin se pystyy harkitsemaan valkoisen valon diffraktiota prisman tai väliaineen läpi värillisissä komponenteissaan (ylempi kuva).

Jos valonsäde "pyydettäisiin" materiaalin läpi kulkemisen jälkeen ja analysoitaisiin, havaittaisiin tiettyjen värivyövyjen puuttuminen; toisin sanoen mustia raitoja havaittaisiin vastakohtana sen taustalle. Tämä on absorptiospektri, ja sen analyysi on perustavanlaatuista instrumentaalisen analyyttisen kemian ja tähtitieteen kannalta.

Atomiabsorptio

Lähde: Almuazi, Wikimedia Commonsista

Yläkuva näyttää tyypillisen elementtien tai atomien absorptiospektrin. Huomaa, että mustat nauhat edustavat absorboituneita aallonpituuksia, kun taas muut ovat emittoituneita. Tämä tarkoittaa, että sitä vastoin atomisäteilyn spektri näyttäisi mustalta vyöhykkeeltä, jolla on säteilyvärit.

Mutta mitä nämä raidat ovat? Kuinka lyhyesti tietää, atomit absorboivat tai emittoivat (ottamatta käyttöön fluoresenssia tai fosforointia)? Vastaukset ovat atomien sallituissa elektronisissa tiloissa.

Elektroniset muutokset ja energiat

Elektronit kykenevät siirtymään pois ytimestä jättäen sen positiivisesti varautuneiksi, kun ne siirtyvät matalamman energian kiertoradalta korkeamman energian ytimeen. Tätä varten, kvanttifysiikan selityksellä, ne absorboivat tietyn energian fotoneja mainitun elektronisen muutoksen suorittamiseksi.

Siksi energia kvantisoidaan, ja ne eivät absorboi puolta tai kolme neljäsosaa fotonista, vaan pikemminkin spesifisiä taajuusarvoja (ν) tai aallonpituuksia (λ).

Kun elektroni on kiihtynyt, se ei pysy rajoittamattoman ajan korkeamman energian elektronisessa tilassa; se vapauttaa energian fotonin muodossa ja atomi palaa pohja- tai alkuperätilaansa.

Riippuen siitä tallennetaanko absorboituneet fotonit, absorptiospektri; ja jos emittoidut fotonit tallennetaan, niin tulos on emissiospektri.

Tämä ilmiö voidaan havaita kokeellisesti, jos elementin kaasumaisia ​​tai atomisoituja näytteitä lämmitetään. Tähtitiedessä vertaamalla näitä spektrejä, tähden koostumus voidaan tietää ja jopa sen sijainti suhteessa maahan.

Näkyvä spektri

Kuten kahdesta ensimmäisestä kuvasta voidaan nähdä, näkyvä spektri sisältää värit violetista punaiseen ja kaikki niiden sävyt suhteessa materiaalin imeytyvyyteen (tummat sävyt).

Punaisen valon aallonpituudet vastaavat arvoja 650 nm: stä eteenpäin (kunnes ne katoavat infrapunasäteilyssä). Ja vasemmalla äärimmäisellä violetti ja violetti sävy peittävät aallonpituusarvot jopa 450 nm: iin. Näkyvä spektri vaihtelee sitten suunnilleen välillä 400 - 700 nm.

Kun λ kasvaa, fotonin taajuus laskee ja sen vuoksi sen energia. Siten violettivalolla on suurempi energia (lyhyemmät aallonpituudet) kuin punaisella valolla (pidempi aallonpituus). Siksi materiaaliin, joka absorboi purppuravaloa, liittyy korkeampien energioiden elektroniset siirtymät.

Ja jos materiaali imee värin violetin, mikä väri se heijastaa? Se näyttää vihertävänkeltaiselta, mikä tarkoittaa, että sen elektronit tekevät erittäin energisiä muutoksia; Vaikka materiaali absorboi alhaisemman energian punaista väriä, se heijastaa sinertävänväristä väriä.

Kun atomi on erittäin vakaa, siinä on yleensä hyvin kaukana olevia elektronisia tiloja energiassa; ja siksi joudut absorboimaan korkeamman energian fotoneja elektronisten siirtymien mahdollistamiseksi:

Lähde: Gabriel Bolívar

Molekyylien absorptiospektri

Molekyyleissä on atomeja, ja nämä myös absorboivat sähkömagneettista säteilyä; niiden elektronit ovat kuitenkin osa kemiallista sidosta, joten niiden siirtymät ovat erilaisia. Yksi molekyyliorbitaaliteorian suurimmista voittoista on sen kyky suhteuttaa absorptiospektrit kemialliseen rakenteeseen.

Siten yksittäisillä, kaksois-, kolmo-, konjugoiduilla sidoksilla ja aromaattisilla rakenteilla on omat elektroniset tilansa; ja siksi ne absorboivat hyvin spesifisiä fotoneja.

Koska molekyyleillä on useita atomeja, molekyylien välisten vuorovaikutusten ja niiden sidosten (jotka myös absorboivat energiaa) värähtelyjen lisäksi, molekyylien absorptiospektrit ovat "vuorien" muodossa, jotka osoittavat kaistat, jotka koostuvat aallonpituuksista, joissa tapahtuu elektronisia siirtymiä.

Näiden spektrien avulla yhdiste voidaan karakterisoida, tunnistaa ja jopa kvantifioida monimuuttuja-analyysin avulla.

Metyleenisininen

Lähde: Wnt, Wikimedia Commonsista

Yläkuva näyttää metyleenisinisen ilmaisimen spektrin. Kuten nimensä selvästi osoittaa, se on sininen; mutta voidaanko sitä tarkistaa sen absorptiospektrillä?

Huomaa, että 200 - 300 nm: n aallonpituuksien välillä on kaistoja. Alueella 400 - 500 nm ei ole läheskään absorptiota, ts. Se ei absorboi violetteja, sinisiä tai vihreitä värejä.

Sillä on kuitenkin vahva absorptiokaista 600 nm: n jälkeen, ja siksi siinä on vähän energiaa kuluttavat elektroniset siirtymät, jotka absorboivat punaisen valon fotoneja.

Tämän seurauksena ja ottaen huomioon molaarisen absorptiokyvyn suuret arvot, metyleenisinisellä on voimakas sininen väri.

Klorofyllit a ja b

Lähde: Serge Helfrich, Wikimedia Commonsista

Kuten kuvasta voidaan nähdä, vihreä viiva vastaa klorofyllin a absorptiospektriä, kun taas sininen viiva vastaa klorofyllin b absorptiospektriä.

Ensinnäkin on verrattava vyöhykkeitä, joilla molaarinen absorptiokyky on suurin; tässä tapauksessa vasemmalla olevat, välillä 400-500 nm. Klorofylli a imee violetit värit voimakkaasti, kun taas klorofylli b (sininen viiva) imee siniset värit.

Absorboimalla klorofylli b noin 460 nm: n, sininen, keltainen väri heijastuu. Toisaalta se absorboi myös voimakkaasti lähellä 650 nm: n oranssia valoa, mikä tarkoittaa, että sen väri on sininen. Jos keltainen ja sininen sekoittuvat, mikä on tulos? Väri vihreä.

Ja lopuksi, klorofylli a imee sinivioletin värin ja myös punaisen valon lähellä 660 nm. Siksi siinä on vihreä väri, jonka "pehmentää" keltainen.

Viitteet

1. Pariisin observatorio. (SF). Spektrien eri luokat. Palautettu: media4.obspm.fr
2. Rabanalesin yliopiston kampus. (SF). Spektrofotometria: Biomolekyylien absorptiospektrit ja kolorimetrinen kvantifiointi.. Palautettu: uco.es
3. Day, R., ja Underwood, A. (1986). Kvantitatiivinen analyyttinen kemia (viides painos). PEARSON, Prentice Hall, s. 461-464.
4. Reush W. (toinen). Näkyvä ja ultraviolettispektroskopia. Palautettu: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling. (2016). Absorptiospektri. Palautettu osoitteesta: daviddarling.info
6. Khan-akatemia. (2018). Imeytymis- / päästöjohdot. Palautettu osoitteesta: khanacademy.org