Atomski apsorpcijski spektar, vidljiv i u molekulama

apsorpcijski spektar je proizvod interakcije svjetla s materijalom ili tvari u bilo kojem od njegovih fizičkih stanja. No, definicija ide dalje od jednostavne vidljive svjetlosti, jer interakcija obuhvaća široki segment raspona valnih duljina i energije elektromagnetskog zračenja..

Stoga, neke krute tvari, tekućine ili plinovi mogu apsorbirati fotone različitih energija ili valnih duljina; od ultraljubičastog zračenja, praćenog vidljivom svjetlošću, do zračenja ili infracrvenog svjetla, posrtanja u valnim duljinama mikrovalova.

Ljudsko oko percipira samo interakcije materije s vidljivom svjetlošću. Također je u stanju promatrati difrakciju bijele svjetlosti kroz prizmu ili medij u svojim šarenim komponentama (gornja slika).

Da je zraka svjetla bila "zarobljena" nakon što je prolazila kroz materijal i analizirala, otkrila bi odsutnost određenih traka boja; to jest, postojale bi crne pruge u kontrastu s njegovom pozadinom. To je apsorpcijski spektar, a njegova je analiza temeljna u instrumentalnoj analitičkoj kemiji i astronomiji.

indeks

• 1 Atomska apsorpcija
  • 1.1. Prijelazi i elektroničke energije
• 2 Vidljivi spektar
• 3 Apsorpcijski spektar molekula
  • 3.1 Metilensko plavo
  • 3.2 Klorofili a i b
• 4 Reference

Atomska apsorpcija

Na gornjoj slici prikazan je tipični apsorpcijski spektar elemenata ili atoma. Zapamtite da crne trake predstavljaju apsorbiranu valnu duljinu, dok su druge emitirane. To znači da bi, naprotiv, spektar atomske emisije izgledao kao crni pojas s prugama emitiranih boja.

Ali što su ove pruge? Kako ukratko znati da li atomi apsorbiraju ili emitiraju (bez uvođenja fluorescencije ili fosforescencije)? Odgovori leže u dopuštenom elektroničkom stanju atoma.

Prijelazi i elektroničke energije

Elektroni su sposobni odmaknuti se od jezgre ostavljajući ga pozitivno nabijenim dok se kreću od orbite niže energije u orbitalu više energije. Za to, objašnjeno kvantnom fizikom, apsorbiraju fotone specifične energije kako bi napravili takav elektronički prijelaz.

Stoga se energija kvantizira i neće apsorbirati pola ili tri četvrtine fotona, već vrijednosti frekvencije (ν) ili specifične valne duljine (λ)..

Kada je elektron uzbuđen, on ne ostaje neograničeno vrijeme u elektroničkom stanju veće energije; oslobađa energiju u obliku fotona, a atom se vraća u svoje bazalno ili izvorno stanje.

Ovisno o tome jesu li snimljeni apsorbirani fotoni, postojat će apsorpcijski spektar; i ako snimite emitirane fotone, rezultat će biti emisijski spektar.

Ovaj se fenomen može eksperimentalno promatrati ako se zagriju plinoviti ili atomizirani uzorci elementa. U astronomiji, uspoređujući ove spektre, može se znati sastav zvijezde, pa čak i njezin položaj u odnosu na Zemlju..

Vidljivi spektar

Kao što se može vidjeti na prve dvije slike, vidljivi spektar uključuje boje od ljubičaste do crvene i sve njezine nijanse s obzirom na to koliko materijal apsorbira (tamne nijanse).

Valne duljine crvenog svjetla odgovaraju vrijednostima od 650 nm nadalje (do nestajanja u infracrvenom zračenju). A na krajnjem lijevom, ljubičastom i ljubičastom tonu pokrivaju se vrijednosti valnih duljina do 450 nm. Vidljivi spektar se tada kreće od 400 do 700 nm.

Kako λ raste, frekvencija fotona se smanjuje, a time i njezina energija. Dakle, ljubičasta svjetlost ima veću energiju (kraće valne duljine) od crvenog svjetla (dulje valne duljine). Stoga materijal koji apsorbira ljubičastu svjetlost uključuje elektroničke prijelaze viših energija.

A ako materijal apsorbira ljubičastu boju, koja će se boja odražavati? Pokazat će zelenkasto žutu boju, što znači da njezini elektroni stvaraju vrlo energetske prijelaze; dok ako materijal apsorbira crvenu boju, manje energije, ona će odražavati plavičasto zelenu boju.

Kada je atom vrlo stabilan, on obično predstavlja vrlo udaljena elektronička stanja u energiji; i stoga ćete morati apsorbirati fotone više energije da biste omogućili elektroničke prijelaze:

Apsorpcijski spektar molekula

Molekule imaju atome, a one također apsorbiraju elektromagnetsko zračenje; međutim, njihovi elektroni su dio kemijske veze, pa su njihovi prijelazi različiti. Jedan od velikih trijumfa teorije molekularne orbite je moć povezivanja spektara apsorpcije s kemijskom strukturom..

Tako jednostavne, dvostruke, trostruke, konjugirane i aromatske strukture imaju vlastita elektronska stanja; i stoga apsorbiraju vrlo specifične fotone.

Uz nekoliko atoma, uz intermolekularne interakcije i vibracije njihovih veza (koje također apsorbiraju energiju), apsorpcijski spektri molekula su u obliku "planina", koje ukazuju na trake koje obuhvaćaju valne duljine gdje događaju se elektronički prijelazi.

Zahvaljujući ovim spektrima, spoj se može okarakterizirati, identificirati, pa čak i multivarijatnom analizom, kvantificirati.

Metilensko plavo

Spektar plavog indikatora metilena prikazan je na gornjoj slici. Kao što njegovo ime jasno ukazuje, to je plavo; ali može li se provjeriti sa svojim apsorpcijskim spektrom?

Imajte na umu da postoje trake između valnih duljina od 200 i 300 nm. Između 400 i 500 nm gotovo da i nema apsorpcije, tj. Ne apsorbira ljubičaste, plave ili zelene boje.

Međutim, ona ima intenzivnu apsorpcijsku vrpcu nakon 600 nm, te stoga ima niske energetske elektroničke prijelaze koji apsorbiraju fotone crvenog svjetla..

Prema tome, i s obzirom na visoke vrijednosti molarne apsorpcije, metilensko plavo pokazuje intenzivnu plavu boju.

Klorofili a i b

Kao što je prikazano na slici, zelena linija odgovara apsorpcijskom spektru klorofila a, dok plava linija odgovara onom klorofila a..

Prvo, treba usporediti trake gdje su molarne apsorpcije veće; u ovom slučaju, oni s lijeve strane, između 400 i 500 nm. Klorofil a snažno apsorbira ljubičaste boje, dok klorofil b (plava linija) to čini s plavom bojom.

Upijajući klorofil b oko 460 nm, plava, reflektira se žuta boja. S druge strane, također intenzivno apsorbira blizu 650 nm, narančasto svjetlo, što znači da ima plavu boju. Ako su žuta i plava boja mješovite, koji je rezultat? Zelena boja.

I na kraju, klorofil a apsorbira plavičastu ljubičastu boju, a osim toga i crveno svjetlo blizu 660 nm. Prema tome, ona pokazuje zelenu boju "ublaženu" žutom bojom.

reference

1. Observatoire de Paris. (N. D.). Različite vrste spektara. Preuzeto s: media4.obspm.fr
2. Sveučilišni kampus Rabanales. (N. D.). Spektrometrija: Apsorpcijski spektri i kolorimetrijska kvantifikacija biomolekula. [PDF]. Oporavio se od: uco.es
3. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kvantitativna analitička kemija (peti red.). PEARSON, Prentice Hall, str. 461-464.
4. Reush W. (s.f.). Vidljiva i ultraljubičasta spektroskopija. Preuzeto s: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling (2016). Spektar apsorpcije. Preuzeto s: daviddarling.info
6. Khan Akademija. (2018.). Linije apsorpcije / emisije. Preuzeto s: khanacademy.org