Vad är ett utsläppsspektrum?

Ett emissionspektrum är den elektromagnetiska strålningen (EMR), såsom synligt ljus, ett ämne avger. Varje element avger ett unikt fingeravtryck av ljus, så att analysera frekvenserna för detta ljus hjälper till att identifiera den kemikalie som genererade det. Denna procedur kallas emission spektroskopi och är ett mycket användbart vetenskapligt verktyg. Det används i astronomi för att studera de element som finns i stjärnor och i kemisk analys.

elektromagnetisk strålning kan beskrivas i termer av dess våglängd - avståndet mellan vågorna i vågorna - eller dess frekvens - antalet vapen som passerar vid en viss tid. Ju högre strålningens energi, desto kortare är våglängden och desto högre blir frekvensen. Blått ljus har till exempel en högre energi och därför en högre frekvens och kortare våglängd än rött ljus.

typer av spektra

Det finns två typer av emissionspektrum. Den kontinuerliga typen innehåller många frekvensersammanfogas i varandra utan luckor, medan linjetypen bara innehåller några få distinkta frekvenser. Heta föremål producerar ett kontinuerligt spektrum, medan gaser kan absorbera energi och sedan avge den vid vissa specifika våglängder och bildar ett emissionslinjespektrum. Varje kemiskt element har sin egen unika linjer.

hur ett kontinuerligt spektrum produceras

Relativt täta ämnen, när de blir tillräckligt heta, avger ljus vid alla våglängder. Atomerna är relativt nära varandra och när de får energi rör sig de mer och stöter mot varandra, vilket resulterar i ett brett spektrum av energier. Spektrumet består därför av EMR vid ett mycket brett spektrum av frekvenser. Mängden strålning vid olika frekvenser varierar med temperaturen. En järnspik uppvärmd i en låga kommer att gå från rött till gult till vitt när temperaturen ökar och den avger ökande mängder strålning vid Shorter våglängder.

En regnbåge är ett exempel på det kontinuerliga spektrumet som produceras av Sun. Vattendroppar fungerar som prismor och delar upp solens ljus i dess olika våglängder.

Det kontinuerliga spektrumet bestäms helt av temperaturen på ett objekt och inte av dess sammansättning. Faktum är att färger kan beskrivas i temperatur. I astronomi avslöjar färgen på en stjärna dess temperatur, med blå stjärnor är mycket varmare än röda.

hur element producerar emissionslinjespektra

Ett linjespektrum produceras av gas eller plasma, där atomerna är tillräckligt långt ifrån varandra för att inte påverka varandra direkt. Elektronerna i en atom kan existera vid olika energinivåer. När alla elektroner i en atom är på sin lägsta energinivå sägs atomen vara i sitt marktillstånd . När den absorberar energi kan en elektron hoppa till en högre energinivå. Förr eller senare kommer emellertid elektronen att återgå till sin lägsta nivå och atomen till dess marktillstånd, emitterande energi som elektromagnetisk strålning.

EMR: s energi motsvarar skillnaden i energi mellan elektronens högre och lägre tillstånd. När en elektron sjunker från ett högt till ett lågt energitillstånd bestämmer hoppstorleken frekvensen för strålningen. Blått ljus indikerar till exempel en större minskning av energi än rött ljus.

Varje element har sitt eget arrangemang av elektroner och möjliga energinivåer. När en elektron absorberar strålning av en viss frekvens kommer den senare att avge strålning vid samma frekvens: våglängden för den absorberade strålningen bestämmer det initiala hoppet i energinivå, och därför det eventuella hoppet tillbaka till marktillståndet. Det följer av detta att atomer i ett givet element endast kan avge strålning vid vissa specifika våglängder och bilda ett mönster som är unikt för det elementet.

observerar spektra

Ett instrument som kallas ett spektroskop eller spektrometer används för att observera emissionspektra. JagT använder ett prisma eller diffraktionsgitter för att dela ljus, och ibland andra former av EMR, i deras olika frekvenser. Detta kan ge ett kontinuerligt eller linjespektrum, beroende på ljusets källa.

Ett linjemissionsspektrum visas som en serie färgade linjer mot en mörk bakgrund. Genom att notera positionerna för linjerna kan en spektroskopist upptäcka vilka element som finns i ljusets källa. Emissionsspektrumet av väte, det enklaste elementet, består av en serie linjer i de röda, blå och violetta intervallen av synligt ljus. Andra element har ofta mer komplexa spektra.

flamtester

Vissa element avger ljus främst av bara en färg. I dessa fall är det möjligt att identifiera elementet i ett prov genom att utföra ett flamtest . Detta innebär att uppvärmningen av provet i en låga, vilket får det att förånga och avge strålning vid dess karakteristiska frekvenser och ge en tydligt synlig färg till lågan. Elementet natrium, till exempel GIves en stark gul färg. Många element kan lätt identifieras på detta sätt.

Molecular Spectra

Hela molekyler kan också producera emissionspektra, vilket är resultatet av förändringar i hur de vibrerar eller roterar. Dessa involverar lägre energier och tenderar att producera utsläpp i den infraröda delen av spektrumet. Astronomer har identifierat en mängd intressanta molekyler i rymden genom infraröd spektroskopi, och tekniken används ofta i organisk kemi.

absorptionsspektra

Det är viktigt att skilja mellan emission och absorptionsspektra. I ett absorptionsspektrum absorberas vissa våglängder av ljus när de passerar genom en gas och bildar ett mönster av mörka linjer mot en kontinuerlig bakgrund. Element absorberar samma våglängder som de avger, så detta kan användas för att identifiera dem. Till exempel producerar ljus från solen som passerar genom Atmosfären i Venus ett absorptionsspektrum som gör det möjligt för forskare att bestämma sammansättningen av Than planets atmosfär.