Qu'est-ce qu'un spectre d'émission?

Un spectre d'émission est le rayonnement électromagnétique (DME), comme la lumière visible, une substance émet.Chaque élément dégage une empreinte digitale unique de lumière, donc l'analyse des fréquences de cette lumière aide à identifier le produit chimique qui l'a généré.Cette procédure est appelée spectroscopie d'émission et est un outil scientifique très utile.Il est utilisé en astronomie pour étudier les éléments présents dans les étoiles et dans l'analyse chimique.

Le rayonnement électromagnétique peut être décrit en termes de longueur d'onde et de mdash;la distance entre les crêtes des vagues et Mdash;ou sa fréquence mdash;le nombre de crêtes qui passent en un temps donné.Plus l'énergie du rayonnement est élevée, plus sa longueur d'onde est courte et plus sa fréquence sera élevée.La lumière bleue, par exemple, a une énergie plus élevée et donc une fréquence plus élevée et une longueur d'onde plus courte que la lumière rouge.

Types de spectres

Il existe deux types de spectre d'émission.Le type continu contient de nombreuses fréquences fusionnant les unes dans les autres sans lacunes, tandis que le type de ligne ne contient que quelques fréquences distinctes.Les objets chauds produisent un spectre continu, tandis que les gaz peuvent absorber l'énergie, puis l'émettre à certaines longueurs d'onde spécifiques, formant un spectre de ligne d'émission.Chaque élément chimique a sa propre séquence de lignes unique.

Comment un spectre continu est produit

Des substances relativement denses, lorsqu'elles deviennent assez chaudes, émettent de la lumière à toutes les longueurs d'onde.Les atomes sont relativement proches les uns des autres et à mesure qu'ils gagnent de l'énergie, ils se déplacent davantage et se cognent, résultant en un large éventail d'énergies.Le spectre se compose donc de DME à un très large éventail de fréquences.Les quantités de rayonnement à différentes fréquences varient avec la température.Un ongle de fer chauffé dans une flamme passera du rouge au jaune au blanc à mesure que sa température augmente et il émet des quantités croissantes de rayonnement à des longueurs d'onde plus courtes.

Un arc-en-ciel est un exemple du spectre continu produit par le soleil.Les gouttelettes d'eau agissent comme des prismes, divisant la lumière du soleil en ses différentes longueurs d'onde.

Le spectre continu est entièrement déterminé par la température d'un objet et non par sa composition.En fait, les couleurs peuvent être décrites en termes de température.En astronomie, la couleur d'une étoile révèle sa température, les étoiles bleues étant beaucoup plus chaudes que les rouges.

Comment les éléments produisent des spectres de ligne d'émission

Un spectre de ligne est produit par le gaz ou le plasma, où les atomes sont suffisamment éloignés et nonpour s'influencer directement.Les électrons dans un atome peuvent exister à différents niveaux d'énergie.Lorsque tous les électrons dans un atome sont à leur niveau d'énergie le plus bas, l'atome serait dans son état fondamental .À mesure qu'il absorbe l'énergie, un électron peut passer à un niveau d'énergie plus élevé.Tôt ou tard, cependant, l'électron reviendra à son niveau le plus bas, et l'atome à son état fondamental, émettant de l'énergie comme rayonnement électromagnétique.

L'énergie du DME correspond à la différence d'énergie entre les états supérieurs et inférieurs de l'électron.Lorsqu'un électron passe d'un état élevé à un état à faible énergie, la taille du saut détermine la fréquence du rayonnement émis.La lumière bleue, par exemple, indique une plus grande baisse d'énergie que la lumière rouge.

Chaque élément a son propre arrangement d'électrons et de niveaux d'énergie possibles.Lorsqu'un électron absorbe le rayonnement d'une fréquence particulière, il émettra plus tard le rayonnement à la même fréquence: la longueur d'onde du rayonnement absorbé détermine le saut initial du niveau d'énergie, et donc le retour éventuel à l'état fondamental.Il découle de cela que les atomes d'un élément donné ne peuvent émettre des rayons que à certaines longueurs d'onde spécifiques, formant un motif unique à cet élément.

Spectres d'observation

Un instrument connu sous le nom de spectroscope ou spectromètre est utilisé pour observer les spectres d'émission.Il utilise un prisme ou un diffracLe réseau de division de la lumière, et parfois d'autres formes de DME, dans leurs différentes fréquences.Cela peut donner un spectre continu ou de ligne, selon la source de la lumière.

Un spectre d'émission de ligne apparaît comme une série de lignes colorées sur un fond sombre.En notant les positions des lignes, un spectroscopiste peut découvrir quels éléments sont présents dans la source de la lumière.Le spectre d'émission de l'hydrogène, l'élément le plus simple, se compose d'une série de lignes dans les gammes rouges, bleues et violettes de la lumière visible.D'autres éléments ont souvent des spectres plus complexes.

Tests de flamme

Certains éléments émettent la lumière principalement d'une seule couleur.Dans ces cas, il est possible d'identifier l'élément dans un échantillon en effectuant un test de flamme .Cela implique de chauffer l'échantillon dans une flamme, le faisant vaporiser et émettre des rayonnements à ses fréquences caractéristiques et donner une couleur clairement visible à la flamme.L'élément de sodium, par exemple, donne une couleur jaune forte.De nombreux éléments peuvent être facilement identifiés de cette manière.

Spectres moléculaires

Les molécules entières peuvent également produire des spectres d'émission, qui résultent de changements dans la façon dont ils vibrent ou tournent.Ceux-ci impliquent des énergies plus faibles et ont tendance à produire des émissions dans la partie infrarouge du spectre.Les astronomes ont identifié une variété de molécules intéressantes dans l'espace par la spectroscopie infrarouge, et la technique est souvent utilisée dans la chimie organique.

Spectres d'absorption

Il est important de distinguer les spectres d'émission et d'absorption.Dans un spectre d'absorption, certaines longueurs d'onde de lumière sont absorbées lorsqu'ils traversent un gaz, formant un motif de lignes sombres sur un fond continu.Les éléments absorbent les mêmes longueurs d'onde qu'ils émettent, ce qui peut être utilisé pour les identifier.Par exemple, la lumière du soleil traversant l'atmosphère de Vénus produit un spectre d'absorption qui permet aux scientifiques de déterminer la composition de l'atmosphère de la planète.