Atomu absorbcijas absorbcijas spektrs, redzams un molekulās

A absorbcijas spektrs tas ir gaismas un materiāla vai vielas mijiedarbības rezultāts jebkurā tās fiziskajā stāvoklī. Taču definīcija pārsniedz vienkāršu redzamu gaismu, jo mijiedarbība ietver plašu diapazonu no viļņu garuma un elektromagnētiskā starojuma enerģijas..

Tāpēc dažas cietas vielas, šķidrumi vai gāzes var absorbēt dažādu enerģijas vai viļņu garumu fotonus; no ultravioletā starojuma, kam seko redzama gaisma, radiācija vai infrasarkanā gaisma, kas ir satriecoša mikroviļņu viļņu garumos..

Cilvēka acs uztver tikai vielas mijiedarbību ar redzamu gaismu. Turklāt tas spēj pārdomāt baltās gaismas difrakciju caur prizmu vai vidē tās krāsainos komponentos (augšējais attēls).

Ja pēc gaismas materiāla nokļūšanas un analizējot gaismas staru, tas konstatētu, ka nav noteiktu krāsu joslu; tas ir, būtu melnas svītras, kas kontrastē ar tā fonu. Tas ir absorbcijas spektrs, un tā analīze ir būtiska instrumentālā analītiskā ķīmijā un astronomijā.

Indekss

• 1 Atomu absorbcija
  • 1.1 Pārejas un elektroniskās enerģijas
• 2 Redzams spektrs
• 3 molekulu absorbcijas spektrs
  • 3.1. Metilēnzilā krāsā
  • 3.2. Hlorofīli a un b
• 4 Atsauces

Atomu absorbcija

Augšējā attēlā ir parādīts tipisks elementu vai atomu absorbcijas spektrs. Ņemiet vērā, ka melnās joslas attēlo absorbētos viļņu garumus, bet pārējie ir emitētie. Tas nozīmē, ka tieši pretēji, atomu emisijas spektrs izskatās kā melna josla ar krāsu svītrām.

Bet kādas ir šīs svītras? Kā īsi zināt, vai atomi absorbē vai izstaro (neizmantojot fluorescenci vai fosforescenci)? Atbildes ir atomu atļautajos elektroniskajos stāvokļos.

Pārejas un elektroniskās enerģijas

Elektroni spēj pāriet no kodola, atstājot to pozitīvi uzlādēti, jo tie pārvietojas no zemākas enerģijas orbitālās uz augstāku enerģijas orbitāli. Šim nolūkam, ko skaidro kvantu fizika, absorbēt specifiskas enerģijas fotonus, lai veiktu šādu elektronisku pāreju.

Tāpēc enerģija tiek kvantēta, un tā neuzņems pusi vai trīs ceturtdaļas fotona, bet frekvences (ν) vai specifisko viļņu garumu (λ) vērtības.

Kad elektrons ir satraukts, tas neierobežotu laiku paliek lielākas enerģijas elektroniskajā stāvoklī; tā atbrīvo enerģiju fotona formā, un atoms atgriežas tā sākotnējā stāvoklī.

Atkarībā no tā, vai ir reģistrēti absorbētie fotoni, būs absorbcijas spektrs; un, ja ierakstīsiet emitētos fotonus, tad rezultāts būs emisijas spektrs.

Šo parādību var novērot eksperimentāli, ja elementa gāzveida vai atomizēti paraugi tiek apsildīti. Astronomijā, salīdzinot šos spektrus, var būt zināma zvaigžņu sastāvs un pat tās atrašanās vieta attiecībā pret Zemi..

Redzams spektrs

Kā redzams pirmajos divos attēlos, redzamais spektrs ietver krāsas no violeta līdz sarkanai krāsai un visas tās nokrāsas attiecībā uz to, cik daudz materiāla uzsūcas (tumši toņi).

Sarkanās gaismas viļņa garumi atbilst 650 nm vērtībām (līdz izzūd infrasarkanajā starojumā). Un pa kreisi kreisajā, violetajā un purpurkrāsas toņos ir vērtības līdz 450 nm. Tad redzamais spektrs ir robežās no 400 līdz 700 nm.

Palielinoties, samazinās fotona frekvence un tādējādi arī tās enerģija. Tādējādi violetajai gaismai ir augstāka enerģija (īsāki viļņu garumi) nekā sarkanā gaisma (garāki viļņa garumi). Tāpēc materiāls, kas absorbē purpura gaismu, ietver elektronisko pāreju uz augstāku enerģiju.

Un, ja materiāls absorbē violetu krāsu, kāda krāsa to atspoguļo? Tas parādīs zaļgani dzeltenu krāsu, kas nozīmē, ka tā elektroni pārceļas ļoti enerģiski; tā kā, ja materiāls absorbē sarkano krāsu, zemāku enerģiju, tas atspoguļo zilgani zaļu krāsu.

Ja atoms ir ļoti stabils, tas parasti rada ļoti attālus elektroniskos stāvokļus enerģijā; un tāpēc jums būs nepieciešams absorbēt augstākas enerģijas fotonus, lai varētu veikt elektroniskās pārejas:

Molekulu absorbcijas spektrs

Molekulām ir atomi, un tie absorbē arī elektromagnētisko starojumu; tomēr viņu elektroni ir daļa no ķīmiskās saites, tāpēc to pārejas ir atšķirīgas. Viens no lielākajiem molekulārās orbitālās teorijas triumfiem ir spēja saistīt absorbcijas spektrus ar ķīmisko struktūru.

Tādējādi vienkāršām, divkāršām, trīskāršām, konjugētām un aromātiskām struktūrām ir savi elektroniskie stāvokļi; tāpēc tie absorbē ļoti specifiskus fotonus.

Ar vairākiem atomiem, papildus starpmolekulārajai mijiedarbībai, un to saišu vibrācijām (kas arī absorbē enerģiju) molekulu absorbcijas spektri ir "kalni", kas norāda joslas, kas satur viļņu garumu, kur notiek elektroniskas pārejas.

Pateicoties šiem spektriem, savienojumu var raksturot, identificēt un pat ar daudzfaktoru analīzi kvantificēt.

Metilēnzilā krāsā

Zilā metilēna indikatora spektrs tiek parādīts augšējā attēlā. Kā skaidri norāda tā nosaukums, tas ir zils; bet vai to var pārbaudīt ar absorbcijas spektru?

Ņemiet vērā, ka ir joslas starp 200 un 300 nm viļņu garumiem. No 400 līdz 500 nm nav gandrīz nekādas absorbcijas, tas ir, neiedala violetās, zilās vai zaļās krāsas.

Tomēr pēc 600 nm tā ir intensīva absorbcijas josla, un tāpēc tai ir zema enerģijas patēriņa elektroniskās pārejas, kas absorbē sarkanās gaismas fotonus.

Līdz ar to, ņemot vērā molārās absorbcijas augstās vērtības, metilēnzilā ir intensīva zilā krāsa.

Hlorofīli a un b

Kā parādīts attēlā, zaļā līnija atbilst hlorofila a absorbcijas spektram, bet zilā līnija atbilst hlorofila a līnijai a..

Pirmkārt, jāsalīdzina joslas, kurās molārā absorbcija ir lielāka; šajā gadījumā tie, kas atrodas pa kreisi, no 400 līdz 500 nm. Hlorofils a stipri absorbē purpura krāsas, bet hlorofils b (zilā līnija) to dara ar zilu krāsu.

Absorbējot hlorofilu b ap 460 nm, zilā krāsā, dzeltenā krāsa tiek atspoguļota. No otras puses, tā arī absorbē intensīvi ap 650 nm, oranžo gaismu, kas nozīmē, ka tā ir zilā krāsā. Ja dzeltenā un zilā krāsa ir sajaukta, kāds ir rezultāts? Zaļā krāsa.

Un visbeidzot, hlorofils a absorbē zilgani violetu krāsu un papildus sarkanu gaismu pie 660 nm. Līdz ar to tā ir zaļā krāsā "mīkstināta" ar dzeltenu.

Atsauces

1. Parīzes observatorija. (s.f.). Dažādu spektru veidi. Saturs iegūts no: media4.obspm.fr
2. Rabanalesas universitātes universitāte. (s.f.). Spektrometrija: biomolekulu absorbcijas spektri un kolorimetriskā kvantitatīvā noteikšana. [PDF] Atgūts no: uco.es
3. Diena, R., un Underwood, A. (1986). Kvantitatīvā analītiskā ķīmija (piektā redakcija). PEARSON, Prentices zāle, p. 461-464.
4. Reush W. (s.f.). Redzams un ultravioletais spektroskopija. Saturs iegūts no: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling (2016). Absorbcijas spektrs. Saturs iegūts no: daviddarling.info
6. Khan akadēmija. (2018). Absorbcijas / emisijas līnijas. Saturs iegūts no: khanacademy.org