Atomové absorpční absorpční spektrum, viditelné a v molekulách



A absorpčního spektra je produktem interakce světla s materiálem nebo substancí v kterémkoli z jeho fyzikálních stavů. Definice však jde nad rámec jednoduchého viditelného světla, protože interakce zahrnuje široký segment rozsahu vlnových délek a energie elektromagnetického záření..

Proto některé pevné látky, kapaliny nebo plyny mohou absorbovat fotony různých energií nebo vlnových délek; z ultrafialového záření, po němž následuje viditelné světlo, záření nebo infračervené světlo, které se rozkládají v mikrovlnných vlnových délkách.

Lidské oko vnímá pouze interakce hmoty s viditelným světlem. Je také schopna uvažovat o difrakci bílého světla přes hranol nebo médium ve svých barevných složkách (horní obrázek).

Kdyby byl paprsek světla "uvězněn" poté, co projel materiálem a analyzoval, zjistil by, že neexistují určité pásy barev; to je, tam by byly černé pruhy kontrastovat s jeho pozadím. Toto je absorpční spektrum a jeho analýza je základní v instrumentální analytické chemii a astronomii.

Index

  • 1 Atomová absorpce
    • 1.1 Přechody a elektronické energie
  • 2 Viditelné spektrum
  • 3 Absorpční spektrum molekul
    • 3.1 Methylenová modř
    • 3.2 Chlorofyly a a b
  • 4 Odkazy

Atomová absorpce

V horním obrázku je znázorněno typické absorpční spektrum prvků nebo atomů. Všimněte si, že černé pruhy představují absorbované vlnové délky, zatímco ostatní jsou emitované. To znamená, že atomové emisní spektrum by vypadalo jako černý pás s pruhy barev.

Ale jaké jsou tyto pruhy? Jak rychle zjistit, zda atomy absorbují nebo emitují (bez zavedení fluorescence nebo fosforescence)? Odpovědi leží v povolených elektronických stavech atomů.

Přechody a elektronické energie

Elektrony jsou schopny se odklonit od jádra a zanechat ho pozitivně nabité, jak se pohybují z nižší energetické orbity na orbital vyšší energie. Pro toto, vysvětlil kvantovou fyzikou, absorbovat fotony specifické energie dělat takový elektronický přechod.

Proto je energie kvantována a nebude absorbovat polovinu nebo tři čtvrtiny fotonu, ale hodnoty frekvence (ν) nebo specifických vlnových délek (λ)..

Jakmile je elektron vzrušený, nezůstane po neomezenou dobu v elektronickém stavu větší energie; uvolňuje energii ve formě fotonu a atom se vrací do svého základního nebo původního stavu.

V závislosti na tom, zda jsou absorbované fotony zaznamenány, bude existovat absorpční spektrum; a pokud zaznamenáte emitované fotony, bude výsledkem emisní spektrum.

Tento jev lze pozorovat experimentálně, pokud se zahřívají plynné nebo atomizované vzorky prvku. V astronomii, srovnávat tato spektra, složení hvězdy může být známé, a vyrovnat jeho umístění příbuzné Zemi..

Viditelné spektrum

Jak je vidět na prvních dvou obrázcích, viditelné spektrum zahrnuje barvy od fialové po červenou a všechny jeho odstíny s ohledem na to, kolik materiálu absorbuje (tmavé odstíny).

Vlnové délky červeného světla odpovídají hodnotám 650 nm (dokud nezmizí v infračerveném záření). A na levém, fialovém a fialovém tónu pokrývají hodnoty vlnových délek až 450 nm. Viditelné spektrum se pak pohybuje přibližně od 400 do 700 nm.

Jak λ se zvyšuje, frekvence fotonu klesá, a tedy i jeho energie. Fialové světlo má tedy vyšší energii (kratší vlnové délky) než červené světlo (delší vlnové délky). Proto materiál, který absorbuje fialové světlo, zahrnuje elektronické přechody vyšších energií.

A pokud materiál absorbuje fialovou barvu, jakou barvu to bude odrážet? Ukáže zelenkavě žlutou barvu, což znamená, že jeho elektrony vytvářejí velmi energické přechody; pokud materiál absorbuje červenou barvu, má nižší energii, bude odrážet modravě zelenou barvu.

Když je atom velmi stabilní, obvykle představuje velmi vzdálené elektronické stavy energie; a proto budete muset absorbovat fotony vyšší energie, abyste umožnili elektronické přechody:

Absorpční spektrum molekul

Molekuly mají atomy, které také absorbují elektromagnetické záření; jejich elektrony jsou však součástí chemické vazby, takže jejich přechody jsou odlišné. Jeden z velkých triumfů teorie molekulárního orbitalu je síla spojit spektra absorpce s chemickou strukturou..

Tak jednoduché, dvojité, trojité, konjugované a aromatické struktury mají své vlastní elektronické stavy; a proto absorbují velmi specifické fotony.

Tím, že mají více atomů, kromě intermolekulárních interakcí a vibrací jejich vazeb (které také absorbují energii), jsou absorpční spektra molekul ve formě "hor", které označují pásy, které obsahují vlnové délky kde dochází k elektronickým přechodům.

Díky těmto spektrům může být sloučenina charakterizována, identifikována, a dokonce i pomocí vícerozměrné analýzy kvantifikována.

Methylenová modř

Spektrum modrého methylenového indikátoru je zobrazeno na horním obrázku. Jak jeho název zřejmě ukazuje, je modrá; ale může být zkontrolováno svým absorpčním spektrem?

Všimněte si, že existují pásma mezi vlnovými délkami 200 a 300 nm. Mezi 400 a 500 nm není téměř žádná absorpce, to znamená, že neabsorbuje fialové, modré nebo zelené barvy.

Má však intenzivní absorpční pásmo po 600 nm, a proto má nízkoenergetické elektronické přechody, které absorbují fotony červeného světla.

Následkem toho a vzhledem k vysokým hodnotám molárních absorpcí vykazuje methylenová modř intenzivní modrou barvu.

Chlorofyly a a b

Jak je vidět na obrázku, zelená čára odpovídá absorpčnímu spektru chlorofylu a, zatímco modrá čára odpovídá chlorofylu a..

Za prvé by měly být porovnány pásma, kde jsou molární absorpce větší; v tomto případě, ti vlevo, mezi 400 a 500 nm. Chlorofyl a silně pohlcuje fialové barvy, zatímco chlorofyl b (modrá čára) tak činí s modrou barvou.

Absorbováním chlorofylu b kolem 460 nm, modře se odráží žlutá barva. Na druhou stranu intenzivně absorbuje oranžové světlo, což znamená, že vykazuje modrou barvu. Pokud je žlutá a modrá barva smíšená, jaký je výsledek? Zelená barva.

A konečně, chlorofyl a absorbuje modravou fialovou barvu a navíc červené světlo v blízkosti 660 nm. Proto vykazuje zelenou barvu "změkčenou" žlutou barvou.

Odkazy

  1. Observatoire de Paris. (s.f.). Různé druhy spekter. Zdroj: media4.obspm.fr
  2. Univerzitní kampus Rabanales. (s.f.). Spektrometrie: Absorpční spektra a kolorimetrická kvantifikace biomolekul. [PDF] Obnoveno z: uco.es
  3. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kvantitativní analytická chemie (páté vydání). PEARSON, Prentice Hall, str. 461-464.
  4. Reush W. (s.f.). Viditelná a ultrafialová spektroskopie. Zdroj: 2.chemistry.msu.edu
  5. David Darling (2016). Absorpční spektrum. Zdroj: daviddarling.info
  6. Khan Academy. (2018). Absorpční / emisní čáry. Zdroj: khanacademy.org