Τι είναι το φάσμα εκπομπών;

Ένα φάσμα εκπομπής είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (EMR), όπως το ορατό φως, εκπέμπει μια ουσία.Κάθε στοιχείο εκπέμπει ένα μοναδικό δακτυλικό αποτύπωμα φωτός, οπότε η ανάλυση των συχνότητας αυτού του φωτός βοηθά στον εντοπισμό της χημικής ουσίας που το δημιούργησε.Αυτή η διαδικασία ονομάζεται φασματοσκοπία εκπομπής και είναι ένα πολύ χρήσιμο επιστημονικό εργαλείο.Χρησιμοποιείται στην αστρονομία για τη μελέτη των στοιχείων που υπάρχουν στα αστέρια και στη χημική ανάλυση.

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μπορεί να περιγραφεί από την άποψη του μήκους κύματος mdash.Η απόσταση μεταξύ των κορυφών των κυμάτων mdash;ή τη συχνότητα του mdash;Ο αριθμός των κορυφών που περνούν σε ένα δεδομένο χρονικό διάστημα.Όσο υψηλότερη είναι η ενέργεια της ακτινοβολίας, τόσο μικρότερο θα είναι το μήκος κύματος και τόσο μεγαλύτερη θα είναι η συχνότητά του.Το μπλε φως, για παράδειγμα, έχει υψηλότερη ενέργεια και επομένως υψηλότερη συχνότητα και μικρότερο μήκος κύματος από το κόκκινο φως.

Τύποι φάσματος

Υπάρχουν δύο τύποι φάσματος εκπομπής.Ο συνεχής τύπος περιέχει πολλές συχνότητες που συγχωνεύονται μεταξύ τους χωρίς κενά, ενώ ο τύπος γραμμής περιέχει μόνο μερικές ξεχωριστές συχνότητες.Τα καυτά αντικείμενα παράγουν ένα συνεχές φάσμα, ενώ τα αέρια μπορούν να απορροφήσουν ενέργεια και στη συνέχεια να το εκπέμπουν σε ορισμένα συγκεκριμένα μήκη κύματος, σχηματίζοντας ένα φάσμα γραμμής εκπομπής.Κάθε χημικό στοιχείο έχει τη δική του μοναδική ακολουθία γραμμών.Τα άτομα είναι σχετικά κοντά και καθώς κερδίζουν ενέργεια, κινούνται περισσότερο και χτυπούν μεταξύ τους, με αποτέλεσμα ένα ευρύ φάσμα ενεργειών.Το φάσμα, επομένως, αποτελείται από EMR σε ένα πολύ ευρύ φάσμα συχνοτήτων.Οι ποσότητες ακτινοβολίας σε διαφορετικές συχνότητες ποικίλλουν ανάλογα με τη θερμοκρασία.Ένα σιδερένιο νύχι που θερμαίνεται σε μια φλόγα θα πάει από κόκκινο σε κίτρινο σε λευκό καθώς η θερμοκρασία του αυξάνεται και εκπέμπει αυξανόμενες ποσότητες ακτινοβολίας σε μικρότερα μήκη κύματος.

Ένα ουράνιο τόξο είναι ένα παράδειγμα του συνεχούς φάσματος που παράγεται από τον Ήλιο.Τα σταγονίδια νερού λειτουργούν ως πρίσματα, χωρίζοντας το φως του ήλιου στα διάφορα μήκη κύματος του.

Το συνεχές φάσμα προσδιορίζεται εξ ολοκλήρου από τη θερμοκρασία ενός αντικειμένου και όχι από τη σύνθεσή του.Στην πραγματικότητα, τα χρώματα μπορούν να περιγραφούν με όρους θερμοκρασίας.Στην αστρονομία, το χρώμα ενός αστεριού αποκαλύπτει τη θερμοκρασία του, με τα μπλε αστέρια να είναι πολύ πιο ζεστά από τα κόκκινα.

Πώς τα στοιχεία παράγουν φάσματα γραμμής εκπομπής

Ένα φάσμα γραμμής παράγεται από αέριο ή πλάσμα, όπου τα άτομα είναι αρκετά μακριά όχινα επηρεάσουν ο ένας τον άλλον άμεσα.Τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο μπορούν να υπάρχουν σε διαφορετικά επίπεδα ενέργειας.Όταν όλα τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο βρίσκονται στο χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας τους, το άτομο λέγεται ότι βρίσκεται στην κατάσταση του εδάφους του

.Καθώς απορροφά την ενέργεια, ένα ηλεκτρόνιο μπορεί να μεταβεί σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας.Αργά ή γρήγορα, ωστόσο, το ηλεκτρόνιο θα επιστρέψει στο χαμηλότερο επίπεδο του και το άτομο στην κατάσταση του εδάφους του, εκπέμποντας ενέργεια ως ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.

Η ενέργεια του EMR αντιστοιχεί στη διαφορά στην ενέργεια μεταξύ των υψηλότερων και των χαμηλότερων καταστάσεων του ηλεκτρονίου.Όταν ένα ηλεκτρόνιο πέφτει από υψηλή σε κατάσταση χαμηλής ενέργειας, το μέγεθος του άλματος καθορίζει τη συχνότητα της εκπομπής ακτινοβολίας.Το μπλε φως, για παράδειγμα, υποδεικνύει μεγαλύτερη πτώση της ενέργειας από το κόκκινο φως.

Κάθε στοιχείο έχει τη δική του διάταξη ηλεκτρονίων και πιθανών επιπέδων ενέργειας.Όταν ένα ηλεκτρόνιο απορροφά την ακτινοβολία μιας συγκεκριμένης συχνότητας, αργότερα θα εκπέμπει ακτινοβολία στην ίδια συχνότητα: το μήκος κύματος της απορροφημένης ακτινοβολίας καθορίζει το αρχικό άλμα σε επίπεδο ενέργειας και επομένως το τελικό άλμα πίσω στην κατάσταση εδάφους.Από αυτό προκύπτει ότι τα άτομα οποιουδήποτε δεδομένου στοιχείου μπορούν να εκπέμπουν μόνο ακτινοβολία σε ορισμένα συγκεκριμένα μήκη κύματος, σχηματίζοντας ένα μοτίβο μοναδικό σε αυτό το στοιχείο.Χρησιμοποιεί ένα πρίσμα ή ένα diffracτο τρίψιμο στο χωρισμένο φως, και μερικές φορές άλλες μορφές EMR, στις διαφορετικές συχνότητες τους.Αυτό μπορεί να δώσει ένα συνεχές φάσμα ή φάσμα γραμμής, ανάλογα με την πηγή του φωτός.

Ένα φάσμα εκπομπής γραμμής εμφανίζεται ως μια σειρά από έγχρωμες γραμμές σε ένα σκούρο φόντο.Σημειώνοντας τις θέσεις των γραμμών, ένας φασματοσκοπικός μπορεί να ανακαλύψει ποια στοιχεία υπάρχουν στην πηγή του φωτός.Το φάσμα εκπομπών του υδρογόνου, το απλούστερο στοιχείο, αποτελείται από μια σειρά γραμμών στις κόκκινες, μπλε και ιώδεις σειρές ορατού φωτός.Άλλα στοιχεία έχουν συχνά πιο σύνθετα φάσματα.Σε αυτές τις περιπτώσεις, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί το στοιχείο σε ένα δείγμα με τη διεξαγωγή δοκιμής φλόγας

.Αυτό συνεπάγεται τη θέρμανση του δείγματος σε μια φλόγα, προκαλώντας την εξατμιστική και εκπέμπει ακτινοβολία στις χαρακτηριστικές συχνότητες του και δίνει ένα σαφώς ορατό χρώμα στη φλόγα.Το στοιχείο νατρίου, για παράδειγμα, δίνει ένα ισχυρό κίτρινο χρώμα.Πολλά στοιχεία μπορούν εύκολα να ταυτοποιηθούν με αυτόν τον τρόπο.

Μοριακά φάσματα

Ολόκληρα μόρια μπορούν επίσης να παράγουν φάσματα εκπομπής, τα οποία προκύπτουν από αλλαγές στον τρόπο που δονείται ή περιστρέφονται.Αυτά περιλαμβάνουν χαμηλότερες ενέργειες και τείνουν να παράγουν εκπομπές στο υπέρυθρο μέρος του φάσματος.Οι αστρονόμοι έχουν εντοπίσει μια ποικιλία ενδιαφέροντων μορίων στο διάστημα μέσω της υπέρυθρης φασματοσκοπίας και η τεχνική χρησιμοποιείται συχνά στην οργανική χημεία.Σε ένα φάσμα απορρόφησης, ορισμένα μήκη κύματος φωτός απορροφώνται καθώς περνούν από ένα αέριο, σχηματίζοντας ένα μοτίβο σκοτεινών γραμμών σε ένα συνεχές υπόβαθρο.Τα στοιχεία απορροφούν τα ίδια μήκη κύματος που εκπέμπουν, οπότε αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ταυτότητά τους.Για παράδειγμα, το φως από τον ήλιο που διέρχεται από την ατμόσφαιρα της Αφροδίτης παράγει ένα φάσμα απορρόφησης που επιτρέπει στους επιστήμονες να καθορίσουν τη σύνθεση της ατμόσφαιρας του πλανήτη.