Absorpsjonsspektrum atomær, synlig og molekylær absorpsjon

5104
David Holt

EN Absorpsjonsspektrum Det er et produkt av samspillet mellom lys og et materiale eller stoff i noen av dets fysiske tilstander. Men definisjonen går utover et enkelt synlig lys, siden interaksjonen inkluderer et bredt segment av området bølgelengder og energi til elektromagnetisk stråling..

Derfor kan noen faste stoffer, væsker eller gasser, absorbere fotoner med forskjellige energier eller bølgelengder; fra ultrafiolett stråling, etterfulgt av synlig lys, til stråling eller infrarødt lys, og går inn i mikrobølgelengder.

Kilde: Circe Denyer via PublicDomainPictures

Det menneskelige øye oppfatter bare interaksjonen mellom materie og synlig lys. På samme måte er det i stand til å tenke på diffraksjonen av hvitt lys gjennom et prisme eller et medium i dets fargerike komponenter (øvre bilde).

Hvis lysstrålen ble "fanget" etter å ha reist gjennom et materiale, og analysert, ville fraværet av visse fargebånd bli funnet; det vil si at svarte striper vil bli observert i kontrast til bakgrunnen. Dette er absorpsjonsspekteret, og analysen er grunnleggende i instrumental analytisk kjemi og astronomi..

Artikkelindeks

  • 1 Atomabsorpsjon
    • 1.1 Overganger og elektroniske energier
  • 2 Synlig spektrum
  • 3 Absorpsjonsspektrum av molekyler
    • 3.1 Metylenblått
    • 3.2 Klorofyll a og b
  • 4 Referanser

Atomabsorpsjon

Kilde: Almuazi [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], fra Wikimedia Commons

Det øvre bildet viser et typisk absorpsjonsspekter av elementene eller atomer. Merk at de svarte båndene representerer de absorberte bølgelengdene, mens de andre er de utsendte. Dette betyr at et atomutslippsspektrum derimot vil se ut som et svart bånd med striper av utsendte farger..

Men hva er disse stripene? Hvordan vite kort om atomene absorberer eller avgir (uten å introdusere fluorescens eller fosforesens)? Svarene ligger i de tillatte elektroniske tilstandene til atomene.

Elektroniske overganger og energier

Elektroner er i stand til å bevege seg vekk fra kjernen og etterlate den positivt ladet mens de går fra en orbital med lavere energi til en høyere energi. For dette, forklart av kvantefysikk, absorberer de fotoner med en bestemt energi for å utføre den elektroniske overgangen..

Derfor blir energien kvantisert, og de vil ikke absorbere halvparten eller tre fjerdedeler av et foton, men spesifikke frekvensverdier (ν) eller bølgelengder (λ).

Når elektronen er spent, forblir den ikke i ubegrenset tid i den elektroniske tilstanden med høyere energi; frigjør energien i form av et foton, og atomet går tilbake til sin basale eller opprinnelige tilstand.

Avhengig av om de absorberte fotonene er registrert, vil et absorpsjonsspektrum oppnås; og hvis de sendte fotonene blir registrert, blir resultatet et emisjonsspektrum.

Dette fenomenet kan observeres eksperimentelt hvis gassformede eller forstøvede prøver av et element blir oppvarmet. I astronomi, ved å sammenligne disse spektrene, kan sammensetningen av en stjerne være kjent, og til og med dens beliggenhet i forhold til jorden..

Synlig spekter

Som det kan sees på de to første bildene, inkluderer det synlige spekteret farger fra fiolett til rødt og alle nyanser med hensyn til hvor mye materialet absorberer (mørke nyanser).

Bølgelengdene til rødt lys tilsvarer verdier fra 650 nm og utover (til de forsvinner i infrarød stråling). Og helt til venstre dekker fiolette og lilla toner bølgelengdeverdiene opp til 450 nm. Det synlige spekteret varierer da fra omtrent 400 til 700 nm.

Når λ øker, synker fotonets frekvens, og derfor energien. Dermed har fiolett lys høyere energi (kortere bølgelengder) enn rødt lys (lengre bølgelengder). Derfor involverer et materiale som absorberer lilla lys elektroniske overganger av høyere energier..

Og hvis materialet absorberer fargen fiolett, hvilken farge vil den gjenspeile? Det vil fremstå som en grønn-gul farge, noe som betyr at elektronene gjør veldig energiske overganger; mens hvis materialet absorberer rød energi med lavere energi, vil det reflektere en blågrønn farge.

Når et atom er veldig stabilt, viser det generelt svært fjerne elektroniske tilstander i energi; og derfor må du absorbere fotoner med høyere energi for å tillate elektroniske overganger:

Kilde: Gabriel Bolívar

Absorpsjonsspektrum av molekyler

Molekyler har atomer, og disse absorberer også elektromagnetisk stråling; elektronene deres er imidlertid en del av den kjemiske bindingen, så overgangene deres er forskjellige. En av de store triumfene til molekylær orbitalteori er makten til å relatere absorpsjonsspektrene med den kjemiske strukturen.

Dermed har enkelt-, dobbelt-, trippel-, konjugerte bindinger og aromatiske strukturer sine egne elektroniske tilstander; og absorberer derfor veldig spesifikke fotoner.

Ved å ha flere atomer, i tillegg til intermolekylære interaksjoner, og vibrasjonene i deres bindinger (som også absorberer energi), har absorpsjonsspektrene til molekylene form av "fjell", som indikerer båndene som omfatter bølgelengdene der elektroniske overganger.

Takket være disse spektrene kan en forbindelse karakteriseres, identifiseres og til og med kvantifiseres gjennom multivariat analyse.

Metylenblått

Kilde: Wnt [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) eller GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)], fra Wikimedia Commons

Det øverste bildet viser spekteret av den metylenblå indikatoren. Som navnet tydeligvis tilsier, er den blå i fargen; men kan det verifiseres med dets absorpsjonsspektrum?

Merk at det er bånd mellom bølgelengdene 200 og 300 nm. Mellom 400 og 500 nm er det nesten ingen absorpsjon, det vil si at den ikke absorberer fiolette, blå eller grønne farger.

Imidlertid har den et sterkt absorpsjonsbånd etter 600 nm, og har derfor lavenergi elektroniske overganger som absorberer fotoner av rødt lys..

Følgelig, og gitt de høye verdiene av molare absorpsjoner, viser metylenblått en intens blå farge..

Klorofyll a og b

Kilde: Serge Helfrich [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], fra Wikimedia Commons

Som man kan se på bildet tilsvarer den grønne linjen absorpsjonsspekteret av klorofyll a, mens den blå linjen tilsvarer den for klorofyll b.

For det første må båndene der molare absorpsjoner er størst sammenlignes; i dette tilfellet, de til venstre, mellom 400 og 500 nm. Klorofyll a absorberer sterkt lilla farger, mens klorofyll b (blå linje) absorberer blå farger.

Ved å absorbere klorofyll b rundt 460 nm reflekteres den blå, den gule fargen. På den annen side absorberer den også sterkt nær 650 nm, oransje lys, noe som betyr at den viser fargen blå. Hvis gult og blått blandes, hva er resultatet? Fargen grønn.

Og til slutt absorberer klorofyll a den blå-fiolette fargen, og også et rødt lys nær 660 nm. Derfor har den en grønn farge “mykgjort” av gul..

Referanser

  1. Observatoire de Paris. (s.f.). De forskjellige klassene av spektre. Gjenopprettet fra: media4.obspm.fr
  2. Rabanales University Campus. (s.f.). Spektrofotometri: Absorpsjonsspektre og kolorimetrisk kvantifisering av biomolekyler. [PDF]. Gjenopprettet fra: uco.es
  3. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kvantitativ analytisk kjemi (femte utg.). PEARSON, Prentice Hall, s 461-464.
  4. Reush W. (s.f.). Synlig og ultrafiolett spektroskopi. Gjenopprettet fra: 2.chemistry.msu.edu
  5. David Darling. (2016). Absorpsjonsspektrum. Gjenopprettet fra: daviddarling.info
  6. Khan Academy. (2018). Absorpsjons- / utslippslinjer. Gjenopprettet fra: khanacademy.org

Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.