MIKÄ ON EMISSIOSPEKTRI? (ESIMERKKEINÄ) - FYYSINEN - 2026

Emissiospektri on aallonpituusspektrin lähettämän valon atomien ja molekyylien tehtäessä siirtyminen kahden energiatiloja. Prismaa iskevä valkoinen valo tai näkyvä valo hajoaa eri väreiksi tietyillä aallonpituuksilla kullekin värille. Saatu värimalli on näkyvä valonsäteilyn spektri, jota kutsutaan emissiospektriksi.

Atomeilla, molekyyleillä ja aineilla on myös emissiospektri valon säteilystä johtuen, kun ne absorboivat oikean määrän energiaa ulkopuolelta kulkemiseen kahden energiatilan välillä. Ohjaamalla tämä valo prisman läpi, se hajoaa spektrinvärisiksi viivoiksi, joilla on erilaiset aallonpituudet kullekin elementille.

Päästöspektrin tärkeys on, että se mahdollistaa tuntemattomien aineiden ja tähtitieteellisten esineiden koostumuksen määrittämisen analysoimalla niiden spektriviivansa emissiospektroskopiatekniikoita käyttämällä.

Seuraavaksi selitetään, mistä emissiospektri koostuu ja miten sitä tulkitaan, mainitaan joitain esimerkkejä ja erot emissiospektrin ja absorptiospektrin välillä.

Mikä on emissiospektri?

Elementin tai aineen atomeissa on elektroneja ja protoneja, jotka pitävät yhdessä vetovoiman sähkömagneettisen voiman avulla. Bohr-mallin mukaan elektronit on järjestetty siten, että atomin energia on pienin mahdollinen. Tätä energiaenergiatasoa kutsutaan atomin perustilaksi.

Kun atomit hankkivat energiaa ulkopuolelta, elektronit siirtyvät kohti korkeampaa energiatasoa ja atomi muuttaa pohjatilansa kiihtyneeseen tilaan.

Viritetyssä tilassa elektronin viipymisaika on hyvin lyhyt (≈ 10-8 s) (1), atomi on epävakaa ja palaa perustilaan kuljettaen välitason energiatasojen läpi, jos niin on.

Kuva 1. a) Fotonin päästö atomin siirtymisen seurauksena viritysenergian tason ja perusenergian tason välillä. b) fotonien emissio, joka johtuu atomin siirtymisestä välienergian tasojen välillä.

Siirtyessä prosessista viritetystä tilasta perustilaan, atomi emittoi valon fotonia, jonka energia on yhtä suuri kuin kahden tilan välinen energiaero, joka on suoraan verrannollinen taajuuteen nähden, joka on käänteisesti verrannollinen sen aallonpituuteen λ.

Emittoitu fotoni esitetään kirkkaana viivalla, jota kutsutaan spektriviivaksi (2), ja emittoituneiden fotonien kokoelman spektrienergian jakauma atomin siirtymisillä on emissio-spektri.

Päästöspektrin tulkinta

Jotkut atomin muutoksista johtuvat lämpötilan noususta tai muiden ulkoisten energialähteiden, kuten valonsäteen, elektronivirran tai kemiallisen reaktion läsnäolosta.

Jos kaasu, kuten vety, sijoitetaan kammioon matalassa paineessa ja sähkövirta johdetaan kammion läpi, kaasu emittoi valoa omalla värillään, joka erottaa sen muista kaasuista.

Ohjaamalla säteilevä valo prisman läpi, sen sijaan, että se saisi valon sateenkaaren, saadaan erillisiä yksiköitä värillisinä viivoina, joilla on tietyt aallonpituudet ja jotka kuljettavat erillisiä määriä energiaa.

Emissiospektrin viivat ovat jokaisessa elementissä ainutlaatuisia, ja sen käyttö spektroskopiatekniikalla mahdollistaa tuntemattoman aineen alkuainekoostumuksen ja tähtitieteellisten esineiden koostumuksen määrittämisen analysoimalla emittoituneiden fotonien aallonpituudet. atomin muutoksen aikana.

Emissio- ja absorptiospektrien välinen ero.

Imeytymis- ja päästöprosesseissa atomilla on siirtymiä kahden energiatilan välillä, mutta imeytymisessä se saa energiaa ulkopuolelta ja saavuttaa viritystilan.

Päästöjen spektriviiva on vastapäätä jatkuvan valkoisen valon spektriä. Ensimmäisessä tarkkaillaan spektrijakaumaa kirkkaiden viivojen muodossa, ja toisessa tarkkaillaan jatkuvaa värikaistaa.

Jos valkoisen valonsäteen osuu kaasuun, kuten vetyyn, joka on suljettu kammioon matalalla paineella, kaasu absorboi vain osan valosta ja loput välittyy.

Kun läpäissyt valo kulkee prisman läpi, se hajoaa spektrijohtoiksi, jokaisella on eri aallonpituus, muodostaen kaasun absorptiospektrin.

Absorptiospektri on täysin vastapäätä emissiospektriä ja se on myös erityinen jokaiselle elementille. Kun verrataan saman elementin kumpaakin spektriä, havaitaan, että emissiospektriviivat ovat ne, jotka puuttuvat absorptiospektristä (kuva 2).

Kuva 2. a) Päästöspektri ja b) Absorptiospektri (Kirjoittaja: Stkl. Lähde:

Esimerkkejä kemiallisten alkuaineiden emissiospektristä

a) Vetyatomin spektriviivat spektrin näkyvällä alueella ovat punainen linja, jonka leveys on 656,3 nm, vaaleansininen 486,1 nm, tummansininen - 434 nm ja erittäin heikko violetti - 410 nm. Nämä aallonpituudet saadaan Balmer - Rydberg-yhtälöstä sen nykyisessä versiossa (3).

on spektriviivan aallonumero

on Rydbergin vakio (109666,56 cm-1)

on korkein energiataso

on korkein energiataso

Kuva 3. Vetypäästöspektri (Tekijä: Adrignola. Lähde: commons.wikimedia.org)

b) Heliumin emissiospektrissä on kaksi päälinjojen sarjaa, toinen näkyvällä alueella ja toinen ultravioletin lähellä. Peterson (4) laski Bohr-mallin laskeakseen sarjan heliumin säteilylinjoja spektrin näkyvässä osassa seurauksena kahden elektronin samanaikaisista siirroista n = 5-tilaan, ja sai aallonpituuden arvot yhdenmukainen kokeellisten tulosten kanssa. Saadut aallonpituudet olivat 468,8 nm, 450,1 nm, 426,3 nm, 418,4 nm, 412,2 nm, 371,9 nm.

c) Natriumin emissiospektrissä on kaksi erittäin kirkasta viivaa 589 nm ja 589,6 nm, nimeltään D-linjat (5). Muut linjat ovat paljon heikompia kuin nämä, ja käytännöllisissä tarkoituksissa kaiken natriumvalon katsotaan tulevan D-linjoista.

Viitteet

1. Vetyatomin viritettyjen tilojen eliniän mittaus. VA Ankudinov, SV Bobashev ja EP Andreev. 1, 1965, Neuvostoliiton fysiikka JETP, osa 21, s. 26-32.
2. Demtröder, W. Laser-spektroskopia 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur ja. Atomi, laser- ja spektroskopia. Uusi Delhi: Phi-oppiminen, 2010.
4. Bohr Revisited: Malli ansiospektrin linjat heliumista. Peterson, C. 5, 2016, nuorten tutkijoiden lehti, osa 30, s. 32-35.
5. Lehti kemiallisesta koulutuksesta. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington ja S. Jacobs. 3, 1993, osa 70, ss. 250-251.