KAKŠEN JE EMISIJSKI SPEKTER? (S PRIMERI) - FIZIČNO - 2026

Emisijski spekter je spekter valovnih dolžin svetlobe pri pripravi prehod med dvema energijskih stanjih z atomi in molekulami sproščajo. Bela svetloba ali vidna svetloba, ki udarja v prizmo, se razbije na različne barve z določenimi valovnimi dolžinami za vsako barvo. Vzorec barv, ki ga dobimo, je vidni spekter sevanja svetlobe, imenovan emisijski spekter.

Atomi, molekule in snovi imajo tudi emisijski spekter zaradi emisije svetlobe, ko absorbirajo pravo količino energije od zunaj, da preidejo med dve energijski stanji. S prehodom te svetlobe skozi prizmo se razbije na spektralno obarvane črte z različnimi valovnimi dolžinami, značilnimi za vsak element.

Pomen emisijskega spektra je v tem, da omogoča določitev sestave neznanih snovi in ​​astronomskih predmetov z analizo njihovih spektralnih linij z uporabo tehnik emisijske spektroskopije.

Nato je razloženo, iz česa je sestavljen emisijski spekter in kako se interpretira, navedeni so nekateri primeri in razlike med emisijskim in absorpcijskim spektrom.

Kaj je emisijski spekter?

Atomi elementa ali snovi imajo elektrone in protone, ki jih drži magnetna sila privlačnosti. Po Bohrovem modelu so elektroni razporejeni tako, da je energija atoma najnižja. Ta raven energije se imenuje osnovno stanje atoma.

Ko atomi pridobivajo energijo od zunaj, se elektroni premaknejo v višjo energijsko raven in atom spremeni svoje osnovno stanje v vzburjeno.

V vznemirjenem stanju je čas bivanja elektrona zelo majhen (≈ 10-8 s) (1), atom je nestabilen in se vrne v osnovno stanje in po potrebi prehaja skozi vmesne ravni energije.

Slika 1. a) Emisija fotona zaradi prehoda atoma med energijo vzbujanja in osnovno energijsko raven. b) oddajanje fotonov zaradi prehoda atoma med vmesnimi nivoji energije.

V procesu prehoda iz vzbujenega stanja v osnovno stanje atom oddaja foton svetlobe z energijo, ki je enaka razliki energije med obema stanjama, ki je neposredno sorazmerna s frekvenco in obratno sorazmerna z valovno dolžino λ.

Izpuščeni foton je prikazan kot svetla črta, imenovana spektralna črta (2), spektralna porazdelitev energije zbirke oddanih fotonov na prehodih atoma pa je emisijski spekter.

Interpretacija emisijskega spektra

Nekateri prehodi atoma povzročajo zvišanje temperature ali prisotnost drugih zunanjih virov energije, kot so žarek svetlobe, tok elektronov ali kemična reakcija.

Če plin, kot je vodik, damo v komoro pri nizkem tlaku in skozi komoro odda električni tok, bo plin oddajal svetlobo s svojo barvo, ki jo razlikuje od drugih plinov.

S prehodom oddajane svetlobe skozi prizmo namesto pridobivanja mavrice svetlobe dobimo diskretne enote v obliki barvnih črt s točno določeno valovno dolžino, ki prenašajo diskretne količine energije.

Črte emisijskega spektra so v vsakem elementu edinstvene in njegova uporaba iz tehnike spektroskopije omogoča določitev elementarne sestave neznane snovi kot tudi sestave astronomskih predmetov z analizo valovnih dolžin oddanih fotonov. med prehodom atoma.

Razlika med emisijskim in absorpcijskim spektrom.

V procesu absorpcije in emisije ima atom prehod med dvema energetskima stanjem, vendar pri absorpciji pridobi energijo od zunaj in doseže stanje vzbujanja.

Spektralna linija emisije je nasprotna neprekinjenemu spektru bele svetlobe. V prvem je opaziti spektralno porazdelitev v obliki svetlih linij, v drugem pa neprekinjen pas barv.

Če žarek bele svetlobe zadene plin, kot je vodik, zaprt v komori pri nizkem tlaku, bo le del svetlobe absorbiral plin, preostali del pa se bo prenašal.

Ko prenaša svetloba skozi prizmo, se razgradi na spektralne črte, od katerih ima vsaka drugačno valovno dolžino in tvori absorpcijski spekter plina.

Absorpcijski spekter je popolnoma nasproten emisijskemu spektru in je specifičen tudi za vsak element. Pri primerjavi obeh spektrov istega elementa opazimo, da so emisijski spektralni vodi tisti, ki manjkajo v absorpcijskem spektru (slika 2).

Slika 2. a) Emisijski spekter in b) Absorpcijski spekter (Avtor: Stkl. Vir: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

Primeri emisijskih spektrov kemičnih elementov

a) Spektralne črte vodikovega atoma na vidnem območju spektra so rdeča črta 656,3 nm, svetlo modra 486,1 nm, temno modra 434 nm in zelo rahla vijolična 410 nm. Te valovne dolžine dobimo iz Balmer - Rydbergove enačbe v sodobni različici (3).

je valovno število spektralne črte

je Rydbergova konstanta (109666,56 cm-1)

je najvišja raven energije

je najvišja raven energije

Slika 3. Emisijski spekter vodika (Avtor: Adrignola. Vir: commons.wikimedia.org

b) Emisijski spekter helija ima dve vrsti glavnih vodov, eno v vidnem območju, drugo pa blizu ultravijoličnega. Peterson (4) je uporabil model Bohra za izračun niza emisij linij helija v vidnem delu spektra kot rezultat več hkratnih prehodov dveh elektronov v stanje n = 5 in pridobljenih vrednosti valovne dolžine skladno z eksperimentalnimi rezultati. Dobljene valovne dolžine so 468,8nm, 450,1nm, 426,3nm, 418,4nm, 412,2nm, 371,9nm.

c) Emisijski spekter natrija ima dve zelo svetli črti 589 nm in 589,6nm, imenovani D črte (5). Druge proge so veliko šibkejše od teh in za praktične namene velja, da vsa natrijeva svetloba prihaja iz linij D.

Reference

1. Merjenje življenjske dobe vzbujenih stanj vodikovega atoma. VA Ankudinov, SV Bobašev in EP Andreev. 1, 1965, Sovjetska fizika JETP, letnik 21, str. 26–32.
2. Demtröder, W. Laserska spektroskopija 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur in. Atom, laser in spektroskopija. New Delhi: Phi Learning, 2010.
4. Bohr revisited: Model andespectral linije helija. Peterson, C. 5, 2016, Časopis mladih preiskovalcev, letnik 30, str. 32-35.
5. Časopis za kemijsko izobraževanje. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington in S. Jacobs. 3, 1993, letnik 70, str. 250-251.