Hvad er et emissionsspektrum?
Et emissionsspektrum er den elektromagnetiske stråling (EMR), såsom synligt lys, et stof udsender. Hvert element afgiver et unikt fingeraftryk af lys, så analyse af frekvenserne af dette lys hjælper med at identificere det kemikalie, der genererede det. Denne procedure kaldes emissionsspektroskopi og er et meget nyttigt videnskabeligt værktøj. Det bruges i astronomi til at studere de elementer, der er til stede i stjerner og i kemisk analyse.
Elektromagnetisk stråling kan beskrives med hensyn til dens bølgelængde - afstanden mellem bølgerne af bølgerne - eller dens frekvens - antallet af kamre, der går forbi i en given tidsperiode. Jo højere energien i strålingen, jo kortere er bølgelængden, og jo højere er dens frekvens. Blåt lys har for eksempel en højere energi og derfor en højere frekvens og kortere bølgelængde end rødt lys.
typer spektre
Der er to typer emissionsspektrum. Den kontinuerlige type indeholder mange frekvenserFusion af hinanden uden huller, mens linjetypen kun indeholder et par forskellige frekvenser. Varme genstande producerer et kontinuerligt spektrum, hvorimod gasser kan absorbere energi og derefter udsende det ved visse specifikke bølgelængder og danne et emissionslinjespektrum. Hvert kemisk element har sin egen unikke række linjer.
Hvordan produceres et kontinuerligt spektrum
Relativt tætte stoffer, når de bliver varme nok, udsender lys over alle bølgelængder. Atomerne er relativt tæt sammen, og når de får energi, bevæger de sig mere og støder mod hinanden, hvilket resulterer i en lang række energier. Spektret består derfor af EMR ved en meget bred række frekvenser. Mængderne af stråling ved forskellige frekvenser varierer med temperaturen. En jernnegle opvarmet i en flamme vil gå fra rød til gul til hvid, når dens temperatur stiger, og den udsender stigende mængder af stråling ved Shorter bølgelængder.
En regnbue er et eksempel på det kontinuerlige spektrum produceret af solen. Vanddråber fungerer som prismer og opdeler solens lys i dens forskellige bølgelængder.
Det kontinuerlige spektrum bestemmes udelukkende af temperaturen på et objekt og ikke af dets sammensætning. Faktisk kan farver beskrives med hensyn til temperatur. I astronomi afslører farven på en stjerne dens temperatur, hvor blå stjerner er meget varmere end røde.
Hvordan elementer producerer emissionslinjespektre
Et linjespektrum produceres af gas eller plasma, hvor atomerne er langt nok fra hinanden til ikke at påvirke hinanden direkte. Elektronerne i et atom kan eksistere på forskellige energiniveauer. Når alle elektroner i et atom er på deres laveste energiniveau, siges atomet at være i sin jordtilstand . Når det absorberer energi, kan en elektron hoppe til et højere energiniveau. Før eller senere vender elektronet imidlertid tilbage til sit laveste niveau og atomet til dets jordtilstand, udsender energi som elektromagnetisk stråling.
EMR's energi svarer til forskellen i energi mellem elektronens højere og lavere tilstande. Når en elektron falder fra en høj til en lavenergi tilstand, bestemmer størrelsen på hoppet frekvensen af den udsendte stråling. Blåt lys angiver for eksempel et større fald i energi end rødt lys.
Hvert element har sit eget arrangement af elektroner og mulige energiniveau. Når en elektron absorberer stråling af en bestemt frekvens, vil den senere udsende stråling med samme frekvens: bølgelængden af den absorberede stråling bestemmer det indledende spring i energiniveauet og derfor det eventuelle spring tilbage til jordtilstanden. Det følger af dette, at atomer af ethvert givet element kun kan udsende stråling ved visse specifikke bølgelængder og danne et mønster, der er unikt for dette element.
observation af spektre
Et instrument kendt som et spektroskop eller spektrometer bruges til at observere emissionsspektre. jegT bruger et prisme eller diffraktionsgitter til at opdele lys og undertiden andre former for EMR til deres forskellige frekvenser. Dette kan give et kontinuerligt eller linjespektrum, afhængigt af lyskilden.
Et linjemissionsspektrum vises som en række farvede linjer på en mørk baggrund. Ved at bemærke linjers positioner kan en spektroskopist opdage, hvilke elementer der er til stede i lysskilden. Emissionsspektret af brint, det enkleste element, består af en række linjer i de røde, blå og violette intervaller af synligt lys. Andre elementer har ofte mere komplekse spektre.
flammeforsøg
Nogle elementer udsender lys hovedsageligt af kun en farve. I disse tilfælde er det muligt at identificere elementet i en prøve ved at udføre en flamningstest . Dette involverer opvarmning af prøven i en flamme, hvilket får den til at fordampe og udsende stråling ved dens karakteristiske frekvenser og give en tydeligt synlig farve til flammen. Elementet natrium, for eksempel GIVes en stærk gul farve. Mange elementer kan let identificeres på denne måde.
molekylære spektre
Hele molekyler kan også producere emissionsspektre, der er resultatet af ændringer i den måde, de vibrerer eller roterer på. Disse involverer lavere energier og har en tendens til at producere emissioner i den infrarøde del af spektret. Astronomer har identificeret en række interessante molekyler i rummet gennem infrarød spektroskopi, og teknikken bruges ofte i organisk kemi.
Absorptionsspektre
Det er vigtigt at skelne mellem emission og absorptionsspektre. I et absorptionsspektrum absorberes nogle bølgelængder af lys, når de passerer gennem en gas, hvilket danner et mønster af mørke linjer på en kontinuerlig baggrund. Elementer absorberer de samme bølgelængder, som de udsender, så dette kan bruges til at identificere dem. For eksempel producerer lys fra solen, der passerer gennem atmosfæren i VenusHan planets atmosfære.