ŠTO JE EMISIJSKI SPEKTAR? (S PRIMJERIMA) - FIZIČKA - 2026

Emisijski spektar je spektar valnih duljina svjetlosti koje emitiraju atoma i molekula prilikom prijelaza između dva energetskih stanja. Bijela svjetlost ili vidljiva svjetlost koja udara u prizmu razgrađuju se u različite boje s određenom valnom duljinom za svaku boju. Uzorak boja koji se dobiva je vidljivi spektar zračenja svjetlosti koji se naziva emisijski spektar.

Atomi, molekule i tvari imaju i spektar emisije zbog emisije svjetlosti kada apsorbiraju pravu količinu energije izvana za tranzit između dva energetska stanja. Prolazeći kroz svjetlost kroz prizmu, ona se rastvara na spektralno obojene linije različitih valnih duljina specifičnih za svaki element.

Važnost spektra emisije je u tome što omogućava određivanje sastava nepoznatih tvari i astronomskih objekata analizom njihovih spektralnih linija pomoću tehnika emisione spektroskopije.

Zatim je objašnjeno od čega se sastoji emisijski spektar i kako se tumači, navode se neki primjeri i razlike koje postoje između spektra emisije i apsorpcijskog spektra.

Što je emisijski spektar?

Atomi elementa ili neke tvari imaju elektrone i protone koji su povezani elektromagnetskom privlačnom silom. Prema Bohrovom modelu, elektroni su raspoređeni na takav način da je energija atoma najmanja moguća. Ova razina energije energije naziva se osnovno stanje atoma.

Kad atomi steknu energiju izvana, elektroni se kreću prema višoj energetskoj razini i atom mijenja svoje osnovno stanje u pobuđeno.

U pobuđenom stanju vrijeme zadržavanja elektrona je vrlo malo (≈ 10-8 s) (1), atom je nestabilan i vraća se u osnovno stanje, prolazeći, ako je potrebno, kroz srednje razine energije.

Slika 1. a) Emisija fotona zbog prijelaza atoma između razine pobude i osnovne vrijednosti energije. b) emisija fotona zbog prijelaza atoma između međupredmetnih razina energije.

U procesu prijelaza iz pobuđenog stanja u osnovno stanje, atom emitira foton svjetlosti s energijom jednakom razlici energije između dva stanja, koja je izravno proporcionalna frekvenciji i obrnuto proporcionalna njegovoj valnoj duljini λ.

Emitirani foton prikazan je kao svijetla linija, koja se naziva spektralna linija (2), a raspodjela spektralne energije zbirke emitiranih fotona na prijelazima atoma je emisijski spektar.

Tumačenje emisijskog spektra

Neki prijelazi atoma uzrokovani su porastom temperature ili prisutnošću drugih vanjskih izvora energije, poput snopa svjetlosti, toka elektrona ili kemijske reakcije.

Ako se plin poput vodika stavi u komoru pod niskim tlakom i kroz komoru prođe električna struja, plin će emitirati svjetlost vlastite boje koja ga razlikuje od drugih plinova.

Prolazeći emitiranu svjetlost kroz prizmu, umjesto da dobijemo svjetlost duge svjetlosti, dobivaju se diskretne jedinice u obliku obojenih linija specifičnih valnih duljina, koje nose diskretne količine energije.

Linije emisionog spektra jedinstvene su u svakom elementu i njihova upotreba iz spektroskopske tehnike omogućava utvrđivanje elementarnog sastava nepoznate tvari kao i sastava astronomskih objekata analizom valnih duljina emitiranih fotona. tijekom prijelaza atoma.

Razlika između spektra emisije i apsorpcijskog spektra.

U procesima apsorpcije i emisije atom ima prijelaze između dva energetska stanja, ali apsorpcijom ono dobiva energiju izvana i dostiže stanje pobude.

Spektralna linija emisije suprotna je kontinuiranom spektru bijele svjetlosti. U prvom se opaža spektralna raspodjela u obliku svijetlih linija, a u drugom se opaža kontinuirani pojas boja.

Ako snop bijele svjetlosti pogodi plin poput vodika, zatvoren u komoru pri niskom tlaku, samo će dio svjetlosti apsorbirati plin, a ostatak će se prenijeti.

Kad propuštena svjetlost prolazi kroz prizmu, ona se rastvara na spektralne linije, svaka s različitom valnom duljinom, tvoreći apsorpcijski spektar plina.

Apsorpcijski spektar potpuno je suprotan emisijskom spektru i specifičan je za svaki element. Kad se uspoređuju oba spektra istog elementa, primjećuje se da su emisijski spektralni vodovi oni koji nedostaju u apsorpcijskom spektru (slika 2).

Slika 2. a) Emisijski spektar i b) Spektar apsorpcije (Autor: Stkl. Izvor:

Primjeri emisijskih spektra kemijskih elemenata

a) Spektralne linije atoma vodika, u vidljivoj regiji spektra, crvena su linija 656,3 nm, svijetloplava od 486,1 nm, tamnoplava od 434 nm i vrlo svijetla ljubičasta 410 nm. Te valne duljine dobivaju se iz Balmer - Rydbergove jednadžbe u njenoj modernoj verziji (3).

je valni broj spektralne linije

je Rydbergova konstanta (109666,56 cm-1)

je najviša razina energije

je najviša razina energije

Slika 3. Spektar emisije vodika (Autor: Adrignola. Izvor: commons.wikimedia.org

b) Emisijski spektar helija ima dvije serije glavnih linija, jedna u vidljivom području, a druga u blizini ultraljubičastog. Peterson (4) je koristio Bohrov model za izračunavanje niza emisija linija helija u vidljivom dijelu spektra, kao rezultat nekoliko istodobnih prijelaza dva elektrona u stanje n = 5, i dobivenih vrijednosti valne duljine u skladu s eksperimentalnim rezultatima. Dobivene valne duljine su 468,8nm, 450,1nm, 426,3nm, 418,4nm, 412,2nm, 371,9nm.

c) Emisijski spektar natrija ima dvije vrlo svijetle linije 589 nm i 589.6nm nazvane D linijama (5). Ostale su linije mnogo slabije od ovih i, u praktične svrhe, smatra se da sva natrijeva svjetlost dolazi iz D linija.

Reference

1. Mjerenje života uzbuđenih stanja vodikovog atoma. VA Ankudinov, SV Bobašev i EP Andreev. 1, 1965, sovjetska fizika JETP, svezak 21, str. 26-32.
2. Demtröder, W. Laserska spektroskopija 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur i. Atom, laser i spektroskopija. New Delhi: Phi učenje, 2010.
4. Bohr ponovio: Model andespektralnih linija helija. Peterson, C. 5, 2016, časopis mladih istražitelja, vol. 30, str. 32-35.
5. Časopis za kemijsko obrazovanje. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington i S. Jacobs. 3, 1993, svezak 70, str. 250-251.