ABSORPCIJSKI SPEKTER: ATOMSKA, VIDNA IN MOLEKULARNA ABSORPCIJA - KEMIJA - 2026

Absorpcijski spekter je ta proizvod interakcije svetlobe s materiala ali snovi v vseh svojih fizikalnih stanj. Toda definicija presega preprosto vidno svetlobo, saj interakcija vključuje širok segment obsega valovnih dolžin in energije elektromagnetnega sevanja.

Zato lahko nekatere trdne snovi, tekočine ali plini absorbirajo fotone različnih energij ali valovnih dolžin; od ultravijoličnega sevanja, ki mu sledi vidna svetloba, do infrardečega sevanja ali svetlobe, ki vstopa v mikrovalovne valovne dolžine.

Vir: Circe Denyer prek PublicDomainPictures

Človeško oko zaznava le interakcije materije z vidno svetlobo. Prav tako lahko razmišlja o difrakciji bele svetlobe skozi prizmo ali medij v svojih barvnih sestavnih delih (zgornja slika).

Če bi žarek svetlobe "ujel" po potovanju skozi material in analiziral, bi ugotovili odsotnost določenih pasov barv; to pomeni, da bi bile črne črte v kontrastu z ozadjem. To je absorpcijski spekter, njegova analiza pa je temeljna v instrumentalni analitični kemiji in astronomiji.

Atomska absorpcija

Vir: Almuazi, iz Wikimedia Commons

Zgornja slika prikazuje tipičen absorpcijski spekter za elemente ali atome. Upoštevajte, da črni pasovi predstavljajo absorbirane valovne dolžine, drugi pa izpuščene. To pomeni, da bi bil v nasprotju s tem atomski emisijski spekter videti kot črni pas s črtami oddanih barv.

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

Elektronski prehodi in energije

Elektroni se lahko odmaknejo od jedra, pri čemer se prepuščajo pozitivno nabiti, medtem ko prehajajo iz orbita z nižjo energijo v višjo energijo. Za to, razloži kvantna fizika, absorbirajo fotone posebne energije za izvedbo omenjenega elektronskega prehoda.

Zato je energija kvantizirana in ne bodo absorbirali polovice ali treh četrtin fotona, temveč specifične frekvence (ν) ali valovne dolžine (λ).

Ko je elektron vzburjen, ne ostane neomejeno časa v elektronskem stanju višje energije; energijo sprosti v obliki fotona, atom pa se vrne v prvotno ali prvotno stanje.

Odvisno od tega, ali so absorbirani fotoni posneti, bomo dobili absorpcijski spekter; in če so izpuščeni fotoni posneti, bo rezultat emisijski spekter.

Ta pojav lahko opazimo eksperimentalno, če se segreti plinasti ali atomizirani vzorci nekega elementa. V astronomiji lahko s primerjavo 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 njihove odtenke glede na to, koliko materiala absorbira (temni odtenki).

Valovne dolžine rdeče svetlobe ustrezajo vrednosti od 650 nm naprej (dokler ne izginejo v infrardečem sevanju). Na skrajni levi vijolični in vijolični toni pokrivajo vrednosti valovne dolžine do 450 nm. Vidni spekter se giblje od približno 400 do 700 nm.

Ko se λ povečuje, se frekvenca fotona zmanjšuje in s tem tudi njegova energija. Tako ima vijolična svetloba večjo energijo (krajše valovne dolžine) kot rdeča (daljše valovne dolžine). Zato material, ki absorbira vijolično svetlobo, vključuje elektronske prehode višjih energij.

In če material absorbira vijolično barvo, kakšno barvo bo odseval? Videlo bo zelenkasto rumeno, kar pomeni, da njeni elektroni opravljajo zelo energijske prehode; Če material absorbira rdečo barvo z nižjo energijo, bo ta odseval modrikasto-zeleno barvo.

Kadar je atom zelo stabilen, na splošno kaže zelo oddaljena elektronska stanja v energiji; zato boste morali omogočiti fotone z višjo energijo, da omogočite elektronske prehode:

Vir: Gabriel Bolívar

Absorpcijski spekter molekul

Molekule imajo atome in te absorbirajo tudi elektromagnetno sevanje; vendar so njihovi elektroni del kemične vezi, zato so njihovi prehodi različni. Eden največjih uspehov teorije molekularne orbite je njegova sposobnost povezave absorpcijskih spektrov s kemijsko strukturo.

Tako imajo enojne, dvojne, trojne, konjugirane vezi in aromatične strukture svoja elektronska stanja; in zato absorbirajo zelo specifične fotone.

Absorpcijski spekter molekul ima poleg medmolekulskih interakcij in vibracij njihovih vezi (ki tudi absorbirajo energijo) obliko "gore", ki označuje pasove, ki obsegajo valovne dolžine, kjer prihaja do elektronskih prehodov.

Zahvaljujoč tem spektrom je mogoče spojino določiti, prepoznati in celo z multivariatno analizo določiti in določiti količino.

Metilen modro

Vir: Wnt, z Wikimedia Commons

Zgornja slika prikazuje spekter indikatorja metilen modre barve. Kot že jasno kaže ime, je modre barve; vendar ga je mogoče preveriti s svojim absorpcijskim spektrom?

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

Vendar ima močan absorpcijski pas po 600 nm, zato ima nizkoenergijske elektronske prehode, ki absorbirajo fotone rdeče svetlobe.

Posledično in glede na visoke vrednosti molske absorptivnosti, metilen modra kaže intenzivno modro barvo.

Klorofili a in b

Vir: Serge Helfrich, iz Wikimedia Commons

Kot je razvidno iz slike, zelena črta ustreza absorpcijskemu spektru klorofila a, modra pa ustreza klorofilu b.

Najprej je treba primerjati pasove, kjer so molske absorptivnosti največje; v tem primeru tiste na levi, med 400 in 500 nm. Klorofil a močno absorbira vijolične barve, medtem ko klorofil b (modra črta) absorbira modre barve.

Z absorpcijo klorofila b okoli 460 nm se odraža modra, rumena barva. Po drugi strani pa močno absorbira tudi okrog 650 nm, oranžno svetlobo, kar pomeni, da ima modro barvo. Če se rumena in modra mešata, kakšen je rezultat? Barva zelena.

In končno, klorofil a absorbira modro-vijolično barvo in tudi rdečo luč blizu 660 nm. Zato ima zeleno barvo, "zmehčano" z rumeno.

Reference

1. Observatoire de Paris. (sf). Različni razredi spektrov. Obnovljeno iz: media4.obspm.fr
2. Univerzitetni kampus Rabanales. (sf). Spektrofotometrija: absorpcijski spektri in kolorimetrična količinska določitev biomolekul. . Pridobljeno: uco.es
3. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kvantitativna analitična kemija (peta izdaja). PEARSON, Dvorana Prentice, str 461-464.
4. Reush W. (drugi). Vidna in ultravijolična spektroskopija. Pridobljeno iz: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling. (2016). Absorpcijski spekter. Pridobljeno: daviddarling.info
6. Akademija Khan. (2018). Absorpcijski / emisijski vodi. Pridobljeno: khanacademy.org