HVAD ER EMISSIONSPEKTRET? (MED EKSEMPLER) - FYSISK - 2025

Den Emissionsspektret er spektret af bølgelængder af lys udsendt af atomer og molekyler, når de foretager en overgang mellem to energitilstande. Det hvide lys eller det synlige lys, der rammer et prisme, nedbrydes i forskellige farver med specifikke bølgelængder for hver farve. Mønsteret af farver, der opnås, er det synlige strålingsspektrum af lys kaldet emissionsspektret.

Atomer, molekyler og stoffer har også et emissionspektrum på grund af lysemissionen, når de absorberer den rigtige mængde energi udefra til transit mellem to energitilstander. Ved at føre dette lys gennem et prisme, nedbrydes det i spektralfarvede linjer med forskellige bølgelængder, der er specifikke for hvert element.

Betydningen af ​​emissionsspektret er, at det muliggør bestemmelse af sammensætningen af ​​ukendte stoffer og astronomiske genstande gennem analyse af deres spektrallinjer ved hjælp af emissionspektroskopiteknikker.

Dernæst forklares det, hvad emissionspektret består af, og hvordan det fortolkes, nogle eksempler nævnes, og de forskelle, der findes mellem emissionsspektret og absorptionsspektret.

Hvad er et emissionspektrum?

Atomerne i et element eller et stof har elektroner og protoner, der holdes sammen af ​​den elektromagnetiske tiltrækningskraft. I henhold til Bohr-modellen er elektronerne arrangeret på en sådan måde, at atomets energi er den lavest mulige. Dette energi-energiniveau kaldes atomets jordtilstand.

Når atomerne erhverver energi udefra, bevæger elektronerne sig mod et højere energiniveau, og atomet ændrer sin jordtilstand til en ophidset tilstand.

I den ophidsede tilstand er elektronets opholdstid meget lille (≈ 10-8 s) (1), atomet er ustabilt og vender tilbage til jordtilstanden, passerer om nødvendigt gennem mellemliggende energiniveauer.

Figur 1. a) Emission af en foton på grund af atomens overgang mellem excitationsenerginiveauet og det grundlæggende energiniveau. b) emission af fotoner på grund af atomens overgang mellem mellemliggende energiniveauer.

I processen med overgang fra en ophidset tilstand til en jordtilstand udsender atomet en foton af lys med energi, der er lig med forskellen i energi mellem de to tilstande, idet den er direkte proportional med frekvensen og omvendt proportional med dens bølgelængde λ.

Den udsendte foton vises som en lys linje, kaldet den spektrale linje (2), og den spektrale energifordeling af samlingen af ​​emitterede fotoner ved atomets overgange er emissionsspektret.

Fortolkning af emissionsspektret

Nogle af atomens overgange er forårsaget af en stigning i temperaturen eller af tilstedeværelsen af ​​andre eksterne energikilder såsom en lysstråle, en strøm af elektroner eller en kemisk reaktion.

Hvis en gas, såsom brint, anbringes i et kammer ved lavt tryk, og en elektrisk strøm ledes gennem kammeret, udsender gassen lys med sin egen farve, der adskiller det fra andre gasser.

Ved at føre det udsendte lys gennem et prisme opnås i stedet for at få en regnbue lys, diskrete enheder i form af farvede linjer med specifikke bølgelængder, der bærer diskrete mængder energi.

Linjerne i emissionsspektret er unikke i hvert element, og dets anvendelse fra spektroskopiteknikken gør det muligt at bestemme den grundlæggende sammensætning af et ukendt stof såvel som sammensætningen af ​​astronomiske objekter ved at analysere bølgelængderne for de udsendte fotoner. under atomens overgang.

Forskel mellem emissionspektrum og absorptionsspektrum.

I absorptions- og emissionsprocesser har atomet overgange mellem to energitilstander, men det er i absorption, at det får energi udefra og når eksitationsstatus.

Den spektrale emissionslinje er modsat det kontinuerlige spektrum af hvidt lys. I det første observeres den spektrale fordeling i form af lyse linjer, og i den anden observeres et kontinuerligt bånd af farver.

Hvis en stråle med hvidt lys rammer en gas såsom brint, der er lukket i et kammer ved lavt tryk, absorberes kun en del af lyset af gassen, og resten overføres.

Når transmitteret lys passerer gennem et prisme, nedbrydes det i spektrale linjer, hver med en anden bølgelængde, hvilket danner gasets absorptionsspektrum.

Absorptionsspektret er helt modsat emissionsspektret, og det er også specifikt for hvert element. Når man sammenligner begge spektre for det samme element, observeres det, at emissionsspektrallinierne er dem, der mangler i absorptionsspektret (figur 2).

Figur 2. a) Emissionsspektrum og b) Absorptionsspektrum (Forfatter: Stkl. Kilde:

Eksempler på emissionsspektre for kemiske elementer

a) Hydrogenatomets spektrallinjer, i det synlige område af spektret, er en rød linje på 656,3 nm, en lyseblå på 486,1 nm, en mørkeblå på 434nm og en meget svag violet på 410nm. Disse bølgelængder opnås fra Balmer - Rydberg-ligningen i dens moderne version (3).

er bølgetallet for den spektrale linje

er Rydbergs konstante (109666,56 cm-1)

er det højeste energiniveau

er det højeste energiniveau

Figur 3. Emissionsspektrum for brint (Forfatter: Adrignola. Kilde: commons.wikimedia.org

b) Heliums emission spektrum har to serier hovedlinjer, den ene i det synlige område og det andet nær ultraviolet. Peterson (4) brugte Bohr-modellen til at beregne en række helium-emissionslinjer i den synlige del af spektret som et resultat af flere samtidige overgange af to elektroner til n = 5-tilstanden og opnåede værdier for bølgelængden i overensstemmelse med eksperimentelle resultater. De opnåede bølgelængder er 468,8nm, 450,1nm, 426,3nm, 418,4nm, 412,2nm, 371,9nm.

c) Emissionsspektret af natrium har to meget lyse linjer på 589nm og 589.6nm kaldet D-linjer (5). De andre linjer er meget svagere end disse, og til praktiske formål betragtes alt natriumlys at komme fra D-linierne.

Referencer

1. Måling af levetid for ophidsede tilstande af brintatom. VA Ankudinov, SV Bobashev og EP Andreev. 1, 1965, Soviet Physics JETP, bind 21, pp. 26-32.
2. Demtröder, W. Laserspektroskopi 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur og. Atom, laser og spektroskopi. New Delhi: Phi Learning, 2010.
4. Bohr Revisited: Model ogespektrale linier af helium. Peterson, C. 5, 2016, Tidsskrift for unge efterforskere, bind 30, s. 32-35.
5. Tidsskrift for kemisk uddannelse. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington og S. Jacobs. 3, 1993, bind 70, s. 250-251.