Φάσμα απορρόφησης ατομικής απορρόφησης, ορατό και στα μόρια

Α φάσμα απορρόφησης είναι το προϊόν της αλληλεπίδρασης του φωτός με ένα υλικό ή μια ουσία σε οποιαδήποτε από τις φυσικές του καταστάσεις. Αλλά ο ορισμός πηγαίνει πέρα ​​από μια απλή ορατό φως, για την αλληλεπίδραση περιλαμβάνει ένα μεγάλο τμήμα του φάσματος των μηκών κύματος και την ενέργεια της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Επομένως, ορισμένα στερεά, υγρά ή αέρια μπορούν να απορροφήσουν φωτόνια διαφορετικών ενεργειών ή μήκη κύματος. από υπεριώδη ακτινοβολία, ακολουθούμενη από ορατό φως, σε ακτινοβολία ή υπέρυθρο φως, κλιμακωτά σε μήκη κύματος μικροκυμάτων.

Το ανθρώπινο μάτι αντιλαμβάνεται μόνο τις αλληλεπιδράσεις της ύλης με το ορατό φως. Επίσης, είναι σε θέση να εξετάσει τη διάθλαση του λευκού φωτός μέσω ενός πρίσματος ή ενός μέσου στα πολύχρωμα συστατικά του (κορυφαία εικόνα).

Αν «πιάσει» η δέσμη φωτός μετά από ταξίδι μέσα από ένα υλικό, και σαρώνονται, η απουσία ορισμένων ζωνών χρώμα θα συναντήσετε? δηλαδή, θα υπήρχαν μαύρες λωρίδες σε αντίθεση με το υπόβαθρο. Αυτό είναι το φάσμα απορρόφησης και η ανάλυσή του είναι θεμελιώδους σημασίας για την οργανική αναλυτική χημεία και την αστρονομία.

Ευρετήριο

• 1 Ατομική απορρόφηση
  • 1.1 Μεταβάσεις και ηλεκτρονικές ενέργειες
• 2 Ορατό φάσμα
• 3 Φάσμα απορρόφησης μορίων
  • 3.1 Κυανό του μεθυλενίου
  • 3.2 Χλωροφύλλη α και β
• 4 Αναφορές

Ατομική απορρόφηση

Στην άνω εικόνα, απεικονίζεται ένα τυπικό φάσμα απορρόφησης των στοιχείων ή ατόμων. Σημειώστε ότι οι μαύρες ράβδοι αντιπροσωπεύουν τα απορροφημένα μήκη κύματος, ενώ τα άλλα είναι τα εκπεμπόμενα. Αυτό σημαίνει ότι, αντίθετα, ένα φάσμα ατομικών εκπομπών θα έμοιαζε με μια μαύρη ζώνη με εκπεμπόμενες λωρίδες χρωμάτων.

Αλλά ποιες είναι αυτές οι ρίγες; Πώς να γνωρίζουμε με λίγα λόγια εάν τα άτομα απορροφούν ή εκπέμπουν (χωρίς να εισάγουν φθορισμό ή φωσφορισμό); Οι απαντήσεις βρίσκονται στις επιτρεπόμενες ηλεκτρονικές καταστάσεις των ατόμων.

Μεταβάσεις και ηλεκτρονικές ενέργειες

Τα ηλεκτρόνια είναι σε θέση να απομακρυνθούν από τον πυρήνα, αφήνοντάς τα θετικά φορτισμένα, καθώς κινούνται από ένα μικρότερο ενεργειακό τροχιακό σε ένα τροχιά μεγαλύτερης ενέργειας. Για το λόγο αυτό, εξηγείται από την κβαντική φυσική, απορροφούν φωτόνια μιας συγκεκριμένης ενέργειας για να κάνουν μια τέτοια ηλεκτρονική μετάβαση.

Ως εκ τούτου, η ενέργεια είναι κβαντισμένη, και δεν απορροφούν το ήμισυ ή τα τρία τέταρτα του ενός φωτονίου, αλλά τιμές συχνότητας (ν) ή μήκη κύματος (λ) ειδική.

Μόλις το ηλεκτρόνιο διεγερθεί, δεν παραμένει για απεριόριστο χρόνο στην ηλεκτρονική κατάσταση μεγαλύτερης ενέργειας. απελευθερώνει την ενέργεια με τη μορφή ενός φωτονίου και το άτομο επιστρέφει στη βασική ή αρχική του κατάσταση.

Ανάλογα με το εάν καταγράφονται τα απορροφούμενα φωτόνια, θα υπάρχει ένα φάσμα απορρόφησης. και αν καταγράψετε τα εκπεμπόμενα φωτόνια, τότε το αποτέλεσμα θα είναι ένα φάσμα εκπομπών.

Αυτό το φαινόμενο μπορεί να παρατηρηθεί πειραματικά αν θερμανθούν δείγματα αερίου ή ψεκασμού ενός στοιχείου. Στην αστρονομία, συγκρίνοντας αυτά τα φάσματα, η σύνθεση ενός άστρου μπορεί να είναι γνωστή, ακόμα και η θέση της σε σχέση με τη Γη..

Ορατό φάσμα

Όπως φαίνεται στις δύο πρώτες εικόνες, το ορατό φάσμα περιλαμβάνει τα χρώματα από το ιώδες έως το κόκκινο και όλες τις αποχρώσεις από το πόσο απορροφάται υλικό (σκούρες αποχρώσεις).

Τα μήκη κύματος του κόκκινου φωτός αντιστοιχούν σε τιμές 650 nm και μετά (μέχρι να εξαφανιστούν στην υπέρυθρη ακτινοβολία). Και στην άκρα αριστερά, οι ιώδεις και μοβ τόνοι καλύπτουν τις τιμές των μηκών κύματος μέχρι τα 450 nm. Το ορατό φάσμα κυμαίνεται στη συνέχεια από 400 έως 700 nm περίπου.

Καθώς το λ αυξάνεται, η συχνότητα του φωτονίου μειώνεται, και επομένως η ενέργεια του. Έτσι, το ιώδες φως έχει υψηλότερη ενέργεια (μικρότερα μήκη κύματος) από το κόκκινο φως (μακρύτερα μήκη κύματος). Επομένως, ένα υλικό που απορροφά πορφυρό φως περιλαμβάνει ηλεκτρονικές μεταβάσεις υψηλότερων ενεργειών.

Και αν το υλικό απορροφά το ιώδες χρώμα, ποιο χρώμα θα αντικατοπτρίζει; Θα δείξει ένα πρασινοκίτρινο χρώμα, που σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια του κάνουν πολύ ενεργητικές μεταβάσεις. ενώ αν το υλικό απορροφά το κόκκινο χρώμα, με χαμηλότερη ενέργεια, θα αντικατοπτρίζει ένα γαλαζωπό πράσινο χρώμα.

Όταν ένα άτομο είναι πολύ σταθερό, παρουσιάζει συνήθως πολύ μακρινές ηλεκτρονικές καταστάσεις στην ενέργεια. και ως εκ τούτου, θα πρέπει να απορροφήσετε φωτόνια υψηλότερης ενέργειας για να επιτρέψετε τις ηλεκτρονικές μεταβάσεις:

Φάσμα απορρόφησης μορίων

Τα μόρια έχουν άτομα, και αυτά απορροφούν επίσης ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Ωστόσο, τα ηλεκτρόνια τους είναι μέρος του χημικού δεσμού, έτσι οι μεταβάσεις τους είναι διαφορετικές. Ένας από τους μεγάλους θρίαμβους της θεωρίας του μοριακού τροχιακού είναι η δύναμη να συσχετίζονται τα φάσματα απορρόφησης με τη χημική δομή.

Έτσι, οι απλές, διπλές, τριπλές, συζευγμένες και αρωματικές δομές έχουν τις δικές τους ηλεκτρονικές καταστάσεις. και επομένως απορροφούν πολύ συγκεκριμένα φωτόνια.

Κατέχοντας περισσότερα άτομα επιπλέον προς διαμοριακών αλληλεπιδράσεων, και τις δονήσεις των δεσμών της (επίσης απορροφούν ενέργεια), η φάσματα απορρόφησης των μορίων να έχουν τη μορφή «βουνά», η οποία υποδεικνύει τις ζώνες που περιλαμβάνει τα μήκη κύματος όπου πραγματοποιούνται ηλεκτρονικές μεταβάσεις.

Χάρη σε αυτά τα φάσματα, μια ένωση μπορεί να χαρακτηριστεί, να αναγνωριστεί και ακόμη και, μέσω πολυμεταβλητής ανάλυσης, να ποσοτικοποιηθεί.

Μπλέ μεθυλενίου

Το φάσμα του μπλε δείκτη μεθυλενίου εμφανίζεται στην επάνω εικόνα. Όπως δείχνει προφανώς το όνομά του, είναι μπλε. αλλά μπορεί να ελεγχθεί με το φάσμα απορρόφησης?

Σημειώστε ότι υπάρχουν ζώνες μεταξύ των μηκών κύματος 200 και 300 nm. Μεταξύ 400 και 500 nm δεν υπάρχει σχεδόν καθόλου απορρόφηση, δηλαδή δεν απορροφά τα ιώδη, μπλε ή πράσινα χρώματα.

Ωστόσο, έχει μια έντονη ζώνη απορρόφησης μετά από 600 nm, και ως εκ τούτου, έχει χαμηλές ενεργειακές ηλεκτρονικές μεταβάσεις που απορροφούν φωτόνια κόκκινου φωτός.

Κατά συνέπεια, και λαμβάνοντας υπόψη τις υψηλές τιμές των γραμμομοριακών απορροφητικών, το κυανό του μεθυλενίου παρουσιάζει έντονο μπλε χρώμα.

Χλωροφύλλη α και β

Όπως φαίνεται στην εικόνα, η πράσινη γραμμή αντιστοιχεί στο φάσμα απορρόφησης της χλωροφύλλης α, ενώ η κυανή γραμμή αντιστοιχεί σε εκείνη της χλωροφύλλης α..

Πρώτον, πρέπει να συγκριθούν οι ζώνες όπου τα μοριακά απορροφητικά στοιχεία είναι μεγαλύτερα. στην περίπτωση αυτή, εκείνα στα αριστερά, μεταξύ 400 και 500 nm. Η χλωροφύλλη a απορροφά έντονα πορφυρά χρώματα, ενώ η χλωροφύλλη b (μπλε γραμμή) το κάνει με μπλε χρώμα.

Με απορρόφηση της χλωροφύλλης b περίπου 460 nm, μπλε, το κίτρινο χρώμα αντανακλάται. Από την άλλη πλευρά, απορροφά επίσης έντονα κοντά στα 650 nm, το πορτοκαλί φως, που σημαίνει ότι εμφανίζει το μπλε χρώμα. Αν το κίτρινο και το μπλε χρώμα είναι αναμεμειγμένο, ποιο είναι το αποτέλεσμα; Το πράσινο χρώμα.

Τέλος, η χλωροφύλλη a απορροφά το γαλαζωπό χρώμα της ιώδους και επιπλέον ένα κόκκινο φως κοντά στα 660 nm. Επομένως, το πράσινο χρώμα "μαλακώνει" με κίτρινο χρώμα.

Αναφορές

1. Παρατηρητήριο του Παρισιού. (s.f.). Τα διαφορετικά είδη φάσματος. Ανακτήθηκε από: media4.obspm.fr
2. Πανεπιστημιούπολη του Rabanales. (s.f.). Φασματομετρία: Φάσματα απορρόφησης και χρωματομετρική ποσοτικοποίηση βιομορίων. [PDF] Ανάκτηση από: uco.es
3. Day, R., & Underwood, Α. (1986). Ποσοτική Αναλυτική Χημεία (πέμπτη έκδοση). PEARSON, Prentice Hall, σελ. 461-464.
4. Reush W. (s.f.). Ορατή και υπεριώδης φασματοσκοπία. Ανακτήθηκε από: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling (2016). Φάσμα απορρόφησης. Ανακτήθηκε από: daviddarling.info
6. Khan Academy. (2018). Γραμμές απορρόφησης / εκπομπής. Ανακτήθηκε από: khanacademy.org