Co je to emisní spektrum?

Emisní spektrum je elektromagnetické záření (EMR), jako je viditelné světlo, látka emituje. Každý prvek vydává jedinečný otisk prstu světla, takže analýza frekvencí tohoto světla pomáhá identifikovat chemickou látku, která ji generovala. Tento postup se nazývá emisní spektroskopie a je velmi užitečným vědeckým nástrojem. Používá se v astronomii ke studiu prvků přítomných ve hvězdách a v chemické analýze. Čím vyšší je energie záření, tím kratší bude jeho vlnová délka a čím vyšší bude jeho frekvence. Například modré světlo má vyšší energii, a proto vyšší frekvenci a kratší vlnovou délku než červené světlo.

typy spektra

Existují dva typy emisních spektrum. Souvislý typ obsahuje mnoho frekvencíSloučení do sebe bez mezer, zatímco typ linky obsahuje pouze několik odlišných frekvencí. Horké objekty produkují kontinuální spektrum, zatímco plyny mohou absorbovat energii a poté ji vyzařovat na určitých specifických vlnových délkách a vytvářejí emisní liniové spektrum. Každý chemický prvek má svou vlastní jedinečnou sekvenci linií.

Jak se produkuje kontinuální spektrum

Relativně husté látky, když se dostatečně horké, vyzařují světlo na všechny vlnové délky. Atomy jsou relativně blízko u sebe a jak získají energii, pohybují se více a naráží proti sobě, což má za následek širokou škálu energie. Spektrum proto sestává z EMR na velmi široké škále frekvencí. Množství záření při různých frekvencích se liší s teplotou. Železný hřebík zahřívaný v plameni půjde z červené na žlutou na bílou, jak se jeho teplota zvyšuje a vydává rostoucí množství záření v ShorTer vlnové délky.

Duha je příkladem kontinuálního spektra vytvořeného Sluncem. Kapičky vody fungují jako hranoly a rozdělily sluneční světlo na jeho různé vlnové délky.

Kontinuální spektrum je určeno výhradně teplotou objektu a nikoli jeho složením. Ve skutečnosti lze barvy popsat z hlediska teploty. V astronomii odhaluje barva hvězdy její teplotu, přičemž modré hvězdy jsou mnohem teplejší než červené.

Jak prvky produkují emisní linka spektra

liniové spektrum je produkováno plynem nebo plazmou, kde jsou atomy dostatečně daleko od sebe, aby se navzájem neovlivnily přímo. Elektrony v atomu mohou existovat na různých energetických úrovních. Když jsou všechny elektrony v atomu na jejich nejnižší úrovni energie, atom se říká, že je ve svém základním stavu . Když absorbuje energii, může elektron skočit na vyšší energetickou úroveň. Dříve nebo později se však elektron vrátí na svou nejnižší úroveň a atom na jeho půdustav, emitování energie jako elektromagnetické záření.

Energie EMR odpovídá rozdílu v energii mezi vyššími a nižšími stavy elektronů. Když elektron klesne z vysokého na stav nízké energie, velikost skoku určí frekvenci emitovaného záření. Například modré světlo naznačuje větší pokles energie než červené světlo.

Každý prvek má své vlastní uspořádání elektronů a možné úrovně energie. Když elektronový absorbuje záření určité frekvence, později vyzařuje záření na stejné frekvenci: vlnová délka absorbovaného záření určuje počáteční skok v energetické hladině, a proto případný skok zpět do základního stavu. Z toho vyplývá, že atomy jakéhokoli daného prvku mohou vyzařovat záření pouze na určitých specifických vlnových délkách, což vytváří vzorec jedinečný pro tento prvek.

Pozorování spekter

Nástroj známý jako spektroskop nebo spektrometr se používá k pozorování emisních spektra. IT používá hranol nebo difrakční mřížku k rozdělení světla a někdy i jiné formy EMR do jejich různých frekvencí. To může poskytnout kontinuální nebo liniové spektrum v závislosti na zdroji světla.

Emisní spektrum linky se objevuje jako řada barevných linií proti tmavému pozadí. Zaznamenáním pozic řádků může spektroskopista zjistit, jaké prvky jsou ve zdroji světla přítomny. Emisní spektrum vodíku, nejjednoduššího prvku, sestává z řady linií v červeném, modrém a fialovém rozsahu viditelného světla. Jiné prvky mají často složitější spektra.

Flame Tests

Některé prvky vyzařují světlo hlavně pouze jedné barvy. V těchto případech je možné identifikovat prvek ve vzorku provedením testu plamene . To zahrnuje zahřívání vzorku do plamene, což způsobuje, že se odpařuje a vyzařuje záření na jeho charakteristických frekvencích a dává plameni jasně viditelnou barvu. Prvek sodík například GIVes silná žlutá barva. Tímto způsobem lze snadno identifikovat mnoho prvků.

Molekulární spektra

celé molekuly mohou také produkovat emisní spektra, která jsou výsledkem změn ve způsobu, jakým vibrují nebo otáčí. Zahrnují nižší energie a mají tendenci produkovat emise v infračervené části spektra. Astronomové identifikovali řadu zajímavých molekul ve vesmíru prostřednictvím infračervené spektroskopie a technika se často používá v organické chemii.

Absorpční spektra

Je důležité rozlišovat mezi emisními a absorpčními spektry. V absorpčním spektru se absorbují některé vlnové délky světla, když procházejí plynem a vytvářejí vzor tmavých linií proti kontinuálnímu pozadí. Prvky absorbují stejné vlnové délky, jaké emitují, takže to lze použít k jejich identifikaci. Například světlo ze slunce procházející atmosférou Venuše vytváří absorpční spektrum, které vědcům umožňuje určit složení TPlanetova atmosféra.