Was ist ein Emissionsspektrum?
Ein Emissionsspektrum ist die elektromagnetische Strahlung (EMR) wie sichtbares Licht, eine Substanz emittiert. Jedes Element gibt einen einzigartigen Lichtfingerabdruck aus. Die Analyse der Frequenzen dieses Lichts hilft daher, die Chemikalie zu identifizieren, die sie erzeugt hat. Dieses Verfahren wird als Emission Spectroscopy bezeichnet und ist ein sehr nützliches wissenschaftliches Instrument. Es wird in der Astronomie verwendet, um die in Sterne vorhandenen Elemente und in der chemischen Analyse zu untersuchen.
Elektromagnetische Strahlung kann in Bezug auf seine Wellenlänge beschrieben werden - der Abstand zwischen den Wellen der Wellen - oder seiner Frequenz - der Anzahl der Wappen, die in einer bestimmten Zeit vergehen. Je höher die Energie der Strahlung ist, desto kürzer ist seine Wellenlänge und desto höher ist ihre Frequenz. Blaues Licht hat zum Beispiel eine höhere Energie und damit eine höhere Frequenz und kürzere Wellenlänge als rotes Licht.
Es gibt zwei Arten von Emissionsspektrum. Der kontinuierliche Typ enthält viele FrequenzenDas Verschmelzung in einander ohne Lücken, während der Linienart nur wenige unterschiedliche Frequenzen enthält. Heiße Objekte erzeugen ein kontinuierliches Spektrum, während Gase die Energie absorbieren können, dann in bestimmten bestimmten Wellenlängen emittieren und ein Emissionslinienspektrum bilden. Jedes chemische Element hat eine eigene eindeutige Reihenfolge von Linien.
wie ein kontinuierliches Spektrum erzeugt wird
relativ dichte Substanzen, wenn sie heiß genug werden, geben Sie bei allen Wellenlängen Licht aus. Die Atome sind relativ nahe beieinander und wenn sie Energie gewinnen, bewegen sie sich mehr und stoßen gegeneinander an, was zu einer Vielzahl von Energien führt. Das Spektrum besteht daher aus EMR in einem sehr weiten Bereich von Frequenzen. Die Strahlungsmengen bei unterschiedlichen Frequenzen variieren mit der Temperatur. Ein in einer Flamme erhitzter eisernen Nagel wird mit zunehmender Temperatur von rot zu gelb zu gelb zu weiß und es gibt zunehmende Mengen an Strahlung an Küste auster Wellenlängen.
Ein Regenbogen ist ein Beispiel für das von der Sonne erzeugte kontinuierliche Spektrum. Wassertröpfchen wirken als Prismen und teilen das Licht der Sonne in seine verschiedenen Wellenlängen auf.
Das kontinuierliche Spektrum wird vollständig durch die Temperatur eines Objekts und nicht durch seine Zusammensetzung bestimmt. Tatsächlich können Farben in Bezug auf die Temperatur beschrieben werden. In der Astronomie zeigt die Farbe eines Sterns seine Temperatur, wobei blaue Sterne viel heißer sind als rote.
Wie Elemente Emissionslinienspektren produzieren
Ein Linienspektrum wird durch Gas oder Plasma erzeugt, wobei die Atome weit genug getrennt sind, um sich nicht direkt zu beeinflussen. Die Elektronen in einem Atom können bei unterschiedlichen Energieniveaus existieren. Wenn alle Elektronen in einem Atom auf der niedrigsten Energieniveau liegen, soll das Atom in seinem grundlegenden Zustand liegen. Wenn es Energie absorbiert, kann ein Elektron auf ein höheres Energieniveau springen. Früher oder später wird das Elektron jedoch auf seinen niedrigsten Niveau und das Atom auf den Boden zurückkehrenZustand, Energie als elektromagnetische Strahlung emittieren.
Die Energie der EMR entspricht der Energiedifferenz zwischen den höheren und niedrigeren Zuständen des Elektrons. Wenn ein Elektron von einem hohen zu einem niedrigen Energiezustand fällt, bestimmt die Größe des Sprung die Frequenz der emittierten Strahlung. Blaues Licht zeigt beispielsweise einen größeren Energieabfall als rotes Licht.
Jedes Element hat seine eigene Anordnung von Elektronen und möglichen Energieniveaus. Wenn ein Elektron eine bestimmte Frequenz Strahlung absorbiert, wird später die Strahlung bei derselben Frequenz abgebildet: Die Wellenlänge der absorbierten Strahlung bestimmt den anfänglichen Sprung des Energieniveaus und somit den eventuellen Rückgang zurück in den Grundzustand. Daraus folgt, dass Atome eines bestimmten Elements nur bei bestimmten spezifischen Wellenlängen Strahlung emittieren können und ein für dieses Element einzigartiges Muster bilden.
Beobachtungsspektren
Ein als Spektroskop oder Spektrometer bekanntes Instrument wird verwendet, um Emissionsspektren zu beobachten. ICHT verwendet ein Prisma oder ein Beugungsgitter, um Licht und manchmal auch andere Formen von EMR in ihre unterschiedlichen Frequenzen zu spalten. Dies kann je nach Quelle des Lichts ein kontinuierliches oder leitendes Spektrum ergeben.
Ein Linienemissionsspektrum erscheint als eine Reihe farbiger Linien vor einem dunklen Hintergrund. Indem ein Spektroskopist die Positionen der Linien feststellt, kann er feststellen, welche Elemente in der Quelle des Lichts vorhanden sind. Das Emissionsspektrum von Wasserstoff, das einfachste Element, besteht aus einer Reihe von Linien in den roten, blauen und violetten Reichweiten des sichtbaren Lichts. Andere Elemente haben oft komplexere Spektren.
Flammentests
Einige Elemente geben Licht hauptsächlich aus nur einer Farbe aus. In diesen Fällen ist es möglich, das Element in einer Probe durch Durchführung eines Flame -Tests zu identifizieren. Dies beinhaltet das Erhitzen der Probe in einer Flamme, wodurch sie der Flamme verdampft und Strahlung an ihren charakteristischen Frequenzen verleiht und eine deutlich sichtbare Farbe verleiht. Das Element Natrium zum Beispiel GIVes eine starke gelbe Farbe. Viele Elemente können auf diese Weise leicht identifiziert werden.
molekulare Spektren
ganze Moleküle können auch Emissionsspektren erzeugen, die sich aus Änderungen in der Art und Weise ergeben, wie sie vibrieren oder drehen. Diese beinhalten niedrigere Energien und neigen dazu, Emissionen im Infrarotteil des Spektrums zu produzieren. Astronomen haben durch Infrarotspektroskopie eine Vielzahl interessanter Moleküle im Weltraum identifiziert, und die Technik wird häufig in der organischen Chemie verwendet.
Absorptionsspektren
Es ist wichtig, zwischen Emissions- und Absorptionsspektren zu unterscheiden. In einem Absorptionsspektrum werden einige Lichtwellenlängen absorbiert, wenn sie durch ein Gas gehen und ein Muster dunkler Linien vor einem kontinuierlichen Hintergrund bilden. Elemente absorbieren die gleichen Wellenlängen, die sie emittieren, sodass sie verwendet werden können, um sie zu identifizieren. Zum Beispiel erzeugt Licht von der Sonne, die durch die Atmosphäre der Venus führt, ein Absorptionsspektrum, mit dem Wissenschaftler die Zusammensetzung von T bestimmen könnenDie Atmosphäre des Planeten.