Co to jest spektrum emisji?

Widmo emisji to promieniowanie elektromagnetyczne (EMR), takie jak światło widzialne, substancja emituje. Każdy element wydziela unikalny odcisk palca światła, więc analiza częstotliwości tego światła pomaga zidentyfikować chemikalia, która go wygenerowała. Ta procedura nazywa się spektroskopia emisji i jest bardzo przydatnym narzędziem naukowym. Jest stosowany w astronomii do badania pierwiastków obecnych w gwiazdach i analizie chemicznej.

Promieniowanie elektromagnetyczne można opisać w kategoriach długości fali - odległość między grzebieniami fal - lub ich częstotliwości - liczba grzebień, które przechodzą w danym czasie. Im wyższa energia promieniowania, tym krótsza długość fali i wyższa będzie jej częstotliwość. Na przykład niebieskie światło ma wyższą energię, a zatem wyższą częstotliwość i krótszą długość fali niż czerwone światło.

Rodzaje widm

Istnieją dwa rodzaje widma emisji. Ciągły typ zawiera wiele częstotliwościłącząc się z sobą bez luk, podczas gdy typ linii zawiera tylko kilka różnych częstotliwości. Gorące obiekty wytwarzają ciągłe spektrum, podczas gdy gazy mogą pochłaniać energię, a następnie emitują ją przy określonych długościach fal, tworząc widmo linii emisji. Każdy element chemiczny ma swoją unikalną sekwencję linii.

Jak wytwarzane jest ciągłe spektrum

Stosunkowo gęste substancje, gdy stają się wystarczająco gorące, emitują światło na wszystkich długości fali. Atomy są stosunkowo blisko siebie, a gdy zyskują energię, poruszają się więcej i uderzają w siebie nawzajem, co powoduje szeroki zakres energii. Dlatego spektrum składa się z EMR przy bardzo szerokim zakresie częstotliwości. Ilości promieniowania przy różnych częstotliwościach różnią się w zależności od temperatury. Żelazny paznokcie ogrzewany w płomieniu przejdzie od czerwonego do żółtego do białego wraz ze wzrostem temperatury i emituje rosnące ilości promieniowania w Shordługości fali ter.

Tęczy jest przykładem ciągłego spektrum wytwarzanego przez Słońce. Krople wody działają jak pryzmaty, dzieląc światło słoneczne na różne długości fal.

Widmo ciągłe jest całkowicie określone przez temperaturę obiektu, a nie przez jego skład. W rzeczywistości kolory można opisać pod względem temperatury. W astronomii kolor gwiazdy ujawnia jej temperaturę, a niebieskie gwiazdy są znacznie cieplejsze niż czerwone.

Jak elementy wytwarzają widma linii emisji

Widmo liniowe jest wytwarzane przez gaz lub osocze, gdzie atomy są wystarczająco daleko od siebie, aby nie wpływać bezpośrednio na siebie nawzajem. Elektrony w atomie mogą istnieć na różnych poziomach energii. Gdy wszystkie elektrony w atomie znajdują się na najniższym poziomie energii, mówi się, że atom jest w stanie podstawowym . Gdy pochłania energię, elektron może skakać na wyższy poziom energii. Jednak prędzej czy później elektron powróci do najniższego poziomu, a atom na ziemięstan, emitujący energię jako promieniowanie elektromagnetyczne.

Energia EMR odpowiada różnicy energii między stanami wyższymi i niższymi elektronów. Gdy elektron spada ze stanu wysokiego do niskiego energii, rozmiar skoku określa częstotliwość emitowanego promieniowania. Na przykład niebieskie światło wskazuje większy spadek energii niż czerwone światło.

Każdy element ma swój własny układ elektronów i możliwy poziom energii. Gdy elektron pochłania promieniowanie określonej częstotliwości, później emituje promieniowanie z tą samą częstotliwością: długość fali promieniowania pochłoniętego określa początkowy skok poziomu energii, a zatem ostateczny skok z powrotem do stanu uziemienia. Wynika z tego, że atomy dowolnego elementu mogą emitować promieniowanie tylko przy określonych długościach fali, tworząc wzór unikalny dla tego elementu.

Obserwowanie widm

Przyrząd zwany spektroskopem lub spektrometr jest używany do obserwacji widm emisji. IT wykorzystuje pryzmat lub kratę dyfrakcyjną do podziału światła, a czasem innych form EMR, do ich różnych częstotliwości. Może to dać spektrum ciągłe lub linii, w zależności od źródła światła.

Widmo emisji linii pojawia się jako seria kolorowych linii na ciemnym tle. Zwracając uwagę pozycje linii, spektroskopista może odkryć, jakie elementy są obecne w źródle światła. Widmo emisji wodoru, najprostszego elementu, składa się z serii linii w czerwono, niebiesko i fioletowych zakresach światła widzialnego. Inne elementy często mają bardziej złożone widma.

Testy płomienia

Niektóre elementy emitują światło głównie tylko jednego koloru. W takich przypadkach można zidentyfikować element w próbce, wykonując test płomienia . Obejmuje to ogrzewanie próbki w płomieniu, powodując, że odparowuje ją i emituje promieniowanie przy jej charakterystycznych częstotliwościach i nadaje płomienia wyraźnie widoczny kolor. Na przykład element sodu, GIVes silny żółty kolor. Wiele elementów można łatwo zidentyfikować w ten sposób.

Widma molekularne

Całe cząsteczki mogą również wytwarzać widma emisji, które wynikają ze zmian w sposobie wibrowania lub obracania się. Obejmują one niższe energie i mają tendencję do wytwarzania emisji w części w podczerwieni spektrum. Astronomowie zidentyfikowali różne interesujące cząsteczki w przestrzeni poprzez spektroskopię w podczerwieni, a technika ta jest często stosowana w chemii organicznej.

Widma absorpcyjne

Ważne jest, aby rozróżnić widma emisji od absorpcji. W spektrum absorpcji niektóre długości fali światła są wchłaniane, gdy przechodzą przez gaz, tworząc wzór ciemnych linii na ciągłym tle. Elementy pochłaniają te same długości fali, które emitują, więc można je wykorzystać do ich identyfikacji. Na przykład światło od słońca przechodzące przez atmosferę Wenus wytwarza spektrum absorpcji, które pozwala naukowcom określić skład tAtmosfera planety.