ABSORBCIJOS SPEKTRAS: ATOMINĖ, MATOMOJI IR MOLEKULINĖ ABSORBCIJA - CHEMIJA - 2025

Sugerties spektras yra tai, kad šviesos sąveikos su medžiagos ar bet kokių jos fizinės būklės produktas. Tačiau apibrėžimas peržengia paprastą matomą šviesą, nes sąveika apima platų bangų ilgių ir elektromagnetinės radiacijos energijos diapazono segmentą.

Todėl kai kurios kietos medžiagos, skysčiai ar dujos gali absorbuoti skirtingos energijos ar bangos ilgio fotonus; nuo ultravioletinės spinduliuotės, po to matomos šviesos, iki infraraudonosios spinduliuotės ar šviesos, pereinant į mikrobangų bangos ilgį.

Šaltinis: Circe Denyer per „PublicDomainPictures“

Žmogaus akis tik suvokia materijos sąveiką su matoma šviesa. Lygiai taip pat jis gali numatyti baltos šviesos difrakciją per spalvą ar prizmę per spalvotus komponentus (viršutinį atvaizdą).

Jei šviesos spindulys būtų „pagautas“ pervažiavus medžiagą ir išanalizavus, būtų nustatyta, kad nėra tam tikrų spalvų juostų; y., juodos juostelės bus kontrastuojamos su fonu. Tai yra absorbcijos spektras, o jo analizė yra esminė instrumentinėje analitinėje chemijoje ir astronomijoje.

Atomo absorbcija

Šaltinis: Almuazi, iš „Wikimedia Commons“

Viršutinis vaizdas rodo tipišką elementų ar atomų absorbcijos spektrą. Atkreipkite dėmesį, kad juodos juostos žymi absorbuoto bangos ilgį, o kitos - skleidžiamą bangą. Tai reiškia, kad atominės emisijos spektras, priešingai, atrodytų kaip juoda juosta su skleidžiamų spalvų juostelėmis.

Bet kas tos juostos? Kaip trumpai sužinoti, ar atomai sugeria ar išskiria (neįvesdami fluorescencijos ar fosforescencijos)? Atsakymai slypi leistinose atomų elektroninėse būsenose.

Elektroniniai perėjimai ir energija

Elektronai gali tolti nuo branduolio, palikdami jį teigiamai įkrautą, kol jie pereina iš žemesnės energijos orbitalės į aukštesnės energijos. Tam, kaip paaiškinta kvantine fizika, jie sugeria tam tikros energijos fotonus, kad įvykdytų minėtą elektroninį perėjimą.

Todėl energija yra kiekybiškai išmatuota, ir jie nesugers pusės ar trijų ketvirtadalių fotono, o veikiau specifinių dažnio verčių (ν) ar bangos ilgių (λ).

Kai elektronas sužadinamas, jis neribotą laiką nelieka aukštesnės energijos elektroninėje būsenoje; jis išskiria energiją fotono pavidalu, o atomas grįžta į savo pradinę arba pradinę būseną.

Atsižvelgiant į tai, ar absorbuoti fotonai yra užregistruoti, bus gautas absorbcijos spektras; ir jei bus užfiksuoti skleidžiami fotonai, rezultatas bus emisijos spektras.

Šis reiškinys gali būti stebimas eksperimentiniu būdu, kai kaitinami dujiniai arba atominiai elemento pavyzdžiai. Astronomijoje, palyginus šiuos spektrus, galima sužinoti žvaigždės sudėtį ir net jos vietą žemės atžvilgiu.

Matomas spektras

Kaip matyti iš pirmųjų dviejų vaizdų, matomą spektrą sudaro spalvos nuo violetinės iki raudonos ir visi jų atspalviai atsižvelgiant į tai, kiek medžiaga sugeria (tamsūs atspalviai).

Raudonos šviesos bangos ilgiai atitinka vertes, pradedant nuo 650 nm (kol jos neišnyks infraraudonosios spinduliuotės metu). O kraštinėje kairėje violetinės ir violetinės spalvos tonai apima bangos ilgio reikšmes iki 450 nm. Matomasis spektras apytiksliai svyruoja nuo 400 iki 700 nm.

Didėjant λ, mažėja fotono dažnis, taigi ir jo energija. Taigi, violetinė šviesa turi didesnę energiją (trumpesni bangų ilgiai) nei raudona šviesa (ilgesni bangos ilgiai). Todėl purpurinę šviesą sugerianti medžiaga apima elektroninius aukštesniųjų energijų perėjimus.

Ir jei medžiaga sugeria violetinę spalvą, kokią spalvą ji atspindės? Jis pasirodys žalsvai geltonas, o tai reiškia, kad jo elektronai daro labai energetinius perėjimus; Jei medžiaga sugeria mažesnę raudonos spalvos energiją, ji atspindės melsvai žalią spalvą.

Kai atomas yra labai stabilus, jis paprastai turi labai tolimas elektronines būsenas energijoje; todėl jums reikės absorbuoti didesnės energijos fotonus, kad būtų galima elektroninius perėjimus:

Šaltinis: Gabrielis Bolívaras

Molekulių absorbcijos spektras

Molekulės turi atomus, kurie taip pat sugeria elektromagnetinę spinduliuotę; tačiau jų elektronai yra cheminės jungties dalis, todėl jų perėjimai yra skirtingi. Vienas iš didžiausių molekulinės orbitos teorijos triumfų yra jos sugebėjimas susieti absorbcijos spektrus su chemine struktūra.

Taigi viengubos, dvigubos, trigubos, konjuguotos jungtys ir aromatinės struktūros turi savo elektronines būsenas; todėl jie sugeria labai specifinius fotonus.

Turėdami kelis atomus, be tarpmolekulinių sąveikų ir jų ryšių virpesių (kurie taip pat sugeria energiją), molekulių absorbcijos spektrai turi „kalnus“, kurie nurodo bangas, kurios sudaro bangos ilgius, kur yra įvyksta elektroniniai perėjimai.

Šių spektrų dėka junginys gali būti apibūdinamas, identifikuojamas ir net daugiamatės analizės būdu išmatuojamas kiekybiškai.

Metileno mėlyna

Šaltinis: Wnt, iš „Wikimedia Commons“

Viršutinis vaizdas rodo metileno mėlynos spalvos indikatoriaus spektrą. Kaip aiškiai rodo jos pavadinimas, ji yra mėlynos spalvos; bet ar tai galima patikrinti atsižvelgiant į jo absorbcijos spektrą?

Atkreipkite dėmesį, kad yra juostos tarp 200 ir 300 nm bangos ilgių. Tarp 400–500 nm beveik nėra absorbcijos, tai yra, ji nesugeria violetinės, mėlynos ar žalios spalvos.

Tačiau jis turi stiprią absorbcijos juostą po 600 nm, todėl turi mažai energijos naudojančius elektroninius perėjimus, kurie sugeria raudonos šviesos fotonus.

Taigi, atsižvelgiant į dideles molinės sugerties vertes, metileno mėlyna spalva yra ryški.

Chlorofilai a ir b

Šaltinis: Serge Helfrich, iš „Wikimedia Commons“

Kaip matyti paveikslėlyje, žalia linija atitinka chlorofilo a absorbcijos spektrą, o mėlyna linija atitinka chlorofilo b absorbcijos spektrą.

Pirmiausia reikia palyginti juostas, kuriose didžiausias molinis sugertis; šiuo atveju kairėje, nuo 400 iki 500 nm. Chlorofilas a stipriai sugeria purpurines spalvas, o chlorofilas b (mėlyna linija) sugeria mėlyną spalvą.

Sugerdamas chlorofilą b aplink 460 nm, mėlyna, geltona spalva atsispindi. Kita vertus, jis taip pat stipriai sugeria šalia 650 nm esančią oranžinę šviesą, o tai reiškia, kad jos spalva yra mėlyna. Jei geltona ir mėlyna spalvos susimaišo, koks yra rezultatas? Spalva žalia.

Galiausiai chlorofilas a sugeria melsvai violetinę spalvą ir raudoną šviesą, artimą 660 nm. Todėl ji pasižymi žalia spalva, „sušvelninta“ geltona.

Nuorodos

1. Paryžiaus observatorija. (sf). Skirtingos spektro klasės. Atkurta iš: media4.obspm.fr
2. Rabanales universiteto miestelis. (sf). Spektrofotometrija: Biomolekulių absorbcijos spektrai ir kolorimetrinis įvertinimas. . Atgauta iš: uco.es
3. Day, R., ir Underwood, A. (1986). Kiekybinė analitinė chemija (penktasis leidimas). „PEARSON“, „Prentice Hall“, p. 461–464.
4. Pakartokite W. (nd). Matoma ir ultravioletinė spektroskopija. Atkurta iš: 2.chemija.msu.edu
5. Davidas Darlingas. (2016). Absorbcijos spektras. Atkurta iš: daviddarling.info
6. Khano akademija. (2018 m.). Absorbcijos / išmetimo linijos. Atkurta iš: khanacademy.org