Atomski absorpcijski absorpcijski spekter, viden in v molekulah



A absorpcijskega spektra je produkt interakcije svetlobe z materialom ali snovjo v katerem koli fizikalnem stanju. Vendar pa definicija presega preprosto vidno svetlobo, ker interakcija obsega širok segment obsega valovnih dolžin in energije elektromagnetnega sevanja..

Zato lahko nekatere trdne snovi, tekočine ali plini absorbirajo fotone različnih energij ali valovnih dolžin; iz ultravijoličnega sevanja, ki mu sledi vidna svetloba, sevanje ali infrardeča svetloba, ki se niha v mikrovalovni valovni dolžini.

Človeško oko zazna samo interakcije snovi z vidno svetlobo. Prav tako je sposoben razmišljati o difrakciji bele svetlobe skozi prizmo ali medij v njegovih barvitih komponentah (top slika)..

Če bi bil žarek svetlobe "ujet" potem, ko je potoval skozi material in analiziral, bi našel odsotnost določenih barvnih pasov; to pomeni, da bi bile črne črte v kontrastu z ozadjem. To je absorpcijski spekter in njegova analiza je temeljna v instrumentalni analitični kemiji in astronomiji.

Indeks

  • 1 Atomska absorpcija
    • 1.1 Prehodi in elektronske energije
  • 2 Vidni spekter
  • 3 Absorpcijski spekter molekul
    • 3.1 Metilen modra
    • 3.2 Klorofili a in b
  • 4 Reference

Atomska absorpcija

Na zgornji sliki je prikazan tipičen absorpcijski spekter elementov ali atomov. Upoštevajte, da črne črte predstavljajo absorbirane valovne dolžine, medtem ko so druge emitirane. To pomeni, da bi bil atomski emisijski spekter videti kot črni pas z odseki barv.

Toda kaj so te proge? Kako na kratko spoznati, ali atomi absorbirajo ali oddajajo (ne da bi uvedli fluorescenco ali fosforescenco)? Odgovori ležijo v dovoljenih elektronskih stanjih atomov.

Prehodi in elektronske energije

Elektroni se lahko odmaknejo od jedra in ga pozitivno napolnijo, ko se premaknejo iz nižje energijske orbite v višjo energijsko orbitalo. Za to, razloženo s kvantno fiziko, absorbiramo fotone specifične energije, da naredimo takšen elektronski prehod.

Zato je energija kvantizirana in ne bo absorbirala pol ali tri četrtine fotona, ampak vrednosti frekvence (ν) ali specifičnih valovnih dolžin (λ)..

Ko je elektron vzbujen, ne ostane neomejeno časa v elektronskem stanju večje energije; sprosti energijo v obliki fotona in atom se vrne v svoje osnovno ali prvotno stanje.

Glede na to, ali so absorbirani fotoni zapisani, bo prisoten absorpcijski spekter; in če zabeležite oddane fotone, bo rezultat emisijski spekter.

Ta pojav lahko opazujemo eksperimentalno, če se segrevajo plinasti ali atomizirani vzorci elementa. V astronomiji lahko s primerjanjem teh spektrov poznamo sestavo zvezde in celo njeno lokacijo glede na Zemljo..

Vidni spekter

Kot je razvidno iz prvih dveh slik, vidni spekter vključuje barve od vijolične do rdeče in vse njene odtenke glede na to, koliko material absorbira (temni odtenki)..

Valovne dolžine rdeče svetlobe ustrezajo vrednostim 650 nm naprej (do izginotja v infrardečem sevanju). Na skrajni levi, vijolični in vijolični barvi se pokrivajo vrednosti valovnih dolžin do 450 nm. Vidni spekter se nato giblje približno od 400 do 700 nm.

Ko se λ poveča, se frekvenca fotona zmanjša in s tem tudi njena energija. Tako ima vijolična svetloba višjo energijo (krajše valovne dolžine) od rdeče svetlobe (daljše valovne dolžine). Zato material, ki absorbira vijolično svetlobo, vključuje elektronske prehode višjih energij.

In če material absorbira vijolično barvo, kakšne barve bo to odražalo? Pokaže zelenkasto rumeno barvo, kar pomeni, da njeni elektroni zelo energično prehajajo; ker, če material absorbira rdečo barvo, z nižjo energijo, bo odražal modrikasto zeleno barvo.

Ko je atom zelo stabilen, ponavadi predstavlja zelo oddaljena elektronska stanja v energiji; in zato boste morali absorbirati fotone višje energije, da boste omogočili elektronske prehode:

Absorpcijski spekter molekul

Molekule imajo atomi, ki absorbirajo tudi elektromagnetno sevanje; vendar so njihovi elektroni del kemične vezi, zato so njihovi prehodi različni. Eden od velikih zmag teorije molekularne orbitalne moči je povezava spektrov absorpcije s kemijsko strukturo..

Tako imajo preproste, dvojne, trojne, konjugirane in aromatske strukture lastna elektronska stanja; in zato absorbirajo zelo specifične fotone.

Z več atomi, poleg intermolekularnih interakcij in vibracij njihovih vezi (ki tudi absorbirajo energijo), so absorpcijski spektri molekul v obliki "gora", ki kažejo pasove, ki obsegajo valovne dolžine, elektronski prehodi.

Zahvaljujoč tem spektrom lahko kvantificiramo spojino, jo identificiramo in celo multivariatno analiziramo.

Metilen modra

Spekter modrega indikatorja metilena je prikazan na zgornji sliki. Kot že samo ime pove, je modro; vendar ga je mogoče preveriti s svojim absorpcijskim spektrom?

Upoštevajte, da so pasovi med valovnimi dolžinami 200 in 300 nm. Med 400 in 500 nm ni skoraj nobene absorpcije, kar pomeni, da ne absorbira vijolične, modre ali zelene barve.

Vendar ima po 600 nm intenzivni absorpcijski pas, zato ima elektronske prehode z nizko energijo, ki absorbirajo fotone rdeče.

Posledično in glede na visoke vrednosti molarne absorptivnosti ima metilen modro modro barvo.

Klorofili a in b

Kot je prikazano na sliki, zelena črta ustreza absorpcijskemu spektru klorofila a, modra črta pa ustreza klorofilu a..

Najprej je treba primerjati pasove, kjer je molarna absorpcija večja; v tem primeru tiste na levi, med 400 in 500 nm. Klorofil a močno absorbira vijolične barve, klorofil b (modra črta) pa z modro barvo.

Z absorpcijo klorofila b okoli 460 nm, modre barve se odbije rumena barva. Po drugi strani pa intenzivno absorbira blizu 650 nm, oranžno svetlobo, kar pomeni, da ima modro barvo. Če sta rumena in modra barva mešani, kakšen je rezultat? Zelena barva.

In končno, klorofil a absorbira modrikasto vijolično barvo, poleg tega pa rdečo svetlobo blizu 660 nm. Zato ima zeleno barvo "zmehčano" z rumeno.

Reference

  1. Observatoire de Paris. (s.f.). Različne vrste spektrov. Vzpostavljeno iz: media4.obspm.fr
  2. Univerzitetni kampus Rabanales. (s.f.). Spektrometrija: absorpcijski spektri in kolorimetrična kvantifikacija biomolekul. [PDF] Izterjano iz: uco.es
  3. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kvantitativna analitična kemija (peta izdaja). PEARSON, Prentice Hall, str. 461-464.
  4. Reush W. (s.f.). Vidna in ultravijolična spektroskopija. Vzpostavljeno iz: 2.chemistry.msu.edu
  5. David Darling (2016). Absorpcijski spekter. Vzpostavljeno iz: daviddarling.info
  6. Khan Akademija. (2018). Linije absorpcije / emisije. Vzpostavljeno iz: khanacademy.org