Qual è l'emissione dell'emissione? (Con esempi)

Lui spettro di emissione È lo spettro delle lunghezze d'onda della luce emessa dagli atomi e dalle molecole quando effettua una transizione tra due stati di energia. Luce bianca o luce visibile che colpisce un prisma è suddivisa in colori diversi con lunghezze d'onda specifiche per ogni colore. Il motivo colorato ottenuto è lo spettro di radiazione visibile chiamato spettro di emissione.

Atomi, molecole e sostanze hanno anche uno spettro di emissione a causa dell'emissione della luce quando assorbono la quantità adeguata di energia all'estero per viaggiare tra due stati energetici. Passando questa luce attraverso un prisma, si rompe in linee colorate spettrali con diverse lunghezze d'onda di ciascun elemento.

L'importanza dello spettro di emissione è che consente di determinare la composizione di sostanze sconosciute e oggetti astronomici attraverso l'analisi delle sue linee spettrali usando le tecniche di spettroscopia di emissione.

Successivamente, viene spiegato in cosa consiste lo spettro di emissione, alcuni esempi e le differenze tra lo spettro di emissione e l'assorbimento sono menzionate.

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Cos'è uno spettro di emissione?

Gli atomi di un elemento o una sostanza hanno elettroni e protoni che rimangono uniti grazie alla forza dell'attrazione elettromagnetica. Secondo il modello Bohr, gli elettroni sono disposti in modo tale che l'energia dell'atomo sia il più basso possibile. A questo livello di energia energetica è chiamato lo stato fondamentale dell'atomo.

Quando gli atomi acquisiscono energia dall'estero, gli elettroni si muovono verso un livello di energia più elevato e l'atomo cambia il loro status fondamentale in uno stato eccitato.

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Nello stato eccitato il tempo di permanenza dell'elettrone è molto piccolo (≈ 10-8 s) (1), l'atomo è instabile e ritorna allo stato fondamentale, se necessario, dai livelli intermedi di energia.

Figura 1. a) Emissione di un fotone a causa della transizione dell'atomo tra il livello di energia di eccitazione e il livello di energia fondamentale. b) Emissione di fotoni a causa della transizione dell'atomo tra i livelli di energia intermedia.

Nel processo di transizione di uno stato eccitato verso uno stato fondamentale, l'atomo emette un fotone di luce con energia pari alla differenza di energia tra i due stati, essendo direttamente proporzionale alla frequenza V e inversamente proporzionale alla sua lunghezza d'onda λ λ.

Il fotone emesso è mostrato come una linea brillante, chiamata linea spettrale (2), e la distribuzione di energia spettrale della raccolta di fotoni lanciati nelle transizioni atomiche è lo spettro di emissione.

Interpretazione dello spettro di emissione

Alcune delle transizioni dell'atomo sono causate da una maggiore temperatura o dalla presenza di altre fonti di energia esterna come un raggio di luce, una corrente di elettroni o una reazione chimica.

Se un gas come l'idrogeno viene posizionato in una telecamera a bassa pressione e una corrente elettrica viene passata attraverso la camera, il gas emetterà una luce con il proprio colore che la differenzia da altri gas.

Quando si supera la luce emessa, attraverso un prisma, invece di ottenere un arcobaleno di luce, si ottengono unità discrete sotto forma di linee di colore con lunghezze d'onda specifiche, che trasportano quantità discrete di energia.

Le linee dello spettro di emissione sono uniche in ciascun elemento e il loro uso dalla tecnica di spettroscopia consente di determinare la composizione elementare di una sostanza sconosciuta e la composizione degli oggetti astronomici, mediante analisi delle lunghezze d'onda dei fotoni emessi durante la transizione atomo.

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Differenza tra lo spettro di emissione e lo spettro di assorbimento.

Nei processi di assorbimento ed emissione l'atomo ha transizioni tra due stati energetici ma è nell'assorbimento che guadagna l'energia esterna e raggiunge lo stato di eccitazione.

La linea di emissione spettrale si oppone allo spettro continuo della luce bianca. Nel primo, si osserva la distribuzione spettrale sotto forma di linee luminose e nella seconda si osserva una banda continua di colori.

Se un raggio di luce bianca colpisce un gas come l'idrogeno, bloccato in una camera a bassa pressione, solo una porzione di luce verrà assorbita dal gas e il resto verrà trasmesso.

Quando la luce trasmessa attraversa un prisma, si decompone in linee spettrali, ognuna con una lunghezza d'onda diversa, formando lo spettro di assorbimento del gas.

Lo spettro di assorbimento è totalmente contrario a quello dell'emissione ed è anche specifico per ciascun elemento. Quando si confrontano entrambi gli spettri dello stesso elemento, si osserva che le linee di emissione spettrale sono quelle che mancano nello spettro di assorbimento (Figura 2).

figura 2. a) spettro di emissione e b) spettro di assorbimento (autore: STKL. Fonte: https: // Commons.Wikimedia.org/wiki/main_page)

Esempi di spettri di emissione di elementi chimici

a) Le linee spettrali dell'atomo di idrogeno, nella regione visibile dello spettro, sono una linea rossa 656.3 nm, un blu chiaro di 486.1 nm, un blu scuro di 434nm e una viola molto debole di 410nm. Queste lunghezze d'onda sono ottenute dall'equazione Balmer - Rydberg nella sua versione moderna (3).

È il numero d'onda della linea spettrale

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È la costante di Rydberg (109666.56 cm-1)

è il più alto livello di energia

è il più alto livello di energia

Figura 3. Spettro di emissione di idrogeno (autore: Adignola. Fonte: Comuni.Wikimedia.org

b) Lo spettro di emissione di elio ha due serie di linee principali, una nella regione visibile e una vicina al ultravioletto. Peterson (4) ha usato il modello Bohr, per calcolare una serie di linee di emissione di elio nella porzione di spettro visibile, a seguito di diverse transizioni simultanee di due elettroni per indicare n = 5 e ottenuto valori della lunghezza d'onda costituita da sperimentali Risultati. Le lunghezze d'onda ottenute sono 468.8nm, 450.1nm, 426.3nm, 418.4nm, 412.2nm, 371.9nm.

c) Lo spettro di emissione di sodio ha due linee molto brillanti da 589 Nm e 589.6nm chiamati linee d (5). Le altre linee sono molto più deboli di queste e, per scopi pratici, si ritiene che tutta la luce del sodio provenga dalle linee D.

Riferimenti

1. Misurazione delle vite dello stato eccitato dell'atomo di idrogeno. V. A. Ankudinov, s. V. Bobashev ed E. P. Andreev. 1, 1965, Soviet Physics Jetp, Vol. 21, pp. 26-32.
2. Demtröder, w. Spettroscopia laser 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. D.K.Rai, s.N Thakur e. Atomo, laser e spettroscopia. Nuova Delhi: Phi Learning, 2010.
4. Bohr Revisited: modello e linee di elio. Peterson, c. 5, 2016, Journal of Young Investigators, Vol. 30, pp. 32-35.
5. Journal of Chemical Education. J.R. Applica, f. J. Yonke, r. A. Edgington e S. Jacobs. 3, 1993, vol. 70, pp. 250-251.