СПЕКТАР АПСОРПЦИЈЕ: АТОМСКА, ВИДЉИВА И МОЛЕКУЛАРНА АПСОРПЦИЈА - ХЕМИЈА - 2025

Апсорпциони спектар је тај производ интеракције светлости са материјала или супстанце у било ком од његових физичких стања. Али дефиниција превазилази једноставну видљиву светлост, јер интеракција укључује широк сегмент опсега таласних дужина и енергије електромагнетног зрачења.

Због тога, неке чврсте течности, течности или гасови могу апсорбовати фотоне различитих енергија или таласних дужина; од ултраљубичастог зрачења, праћеног видљивом светлошћу, до инфрацрвеног зрачења или светлости, закорачења у таласне дужине микроталаса.

Извор: Цирце Дениер путем ПублицДомаинПицтурес

Људско око опажа само интеракције материје и видљиве светлости. Исто тако, може разматрати дифракцију беле светлости кроз призму или медијум у њеним обојеним компонентама (горња слика).

Ако би се зрак светлости "ухватио" након што је прошао кроз материјал и анализирао, откриће се одсуство одређених трака у боји; то јест, црне пруге би се могле примијетити у супротности с његовом позадином. Ово је апсорпциони спектар, а његова анализа је основна у инструменталној аналитичкој хемији и астрономији.

Атомска апсорпција

Извор: Алмуази, са Викимедиа Цоммонса

Горња слика приказује типични спектар апсорпције за елементе или атоме. Имајте на уму да црне траке представљају апсорбоване таласне дужине, док су остале емитиране. То значи да би, насупрот томе, атомски спектар емисије изгледао као црна трака са пругама одашиљених боја.

Али шта су ове пруге? Како укратко знати да ли атоми апсорбују или емитују (без уношења флуоресценције или фосфоресценције)? Одговори се налазе у дозвољеним електронским стањима атома.

Електронски прелази и енергије

Електрони се могу одмакнути од језгра, остављајући га позитивно наелектрисаним, док прелазе из орбита ниже енергије у вишу енергетску. Због тога, објасњено квантном физиком, они апсорбују фотоне специфичне енергије да би извршили наведени електронски прелаз.

Стога се енергија квантизира и они неће апсорбирати пола или три четвртине фотона, већ специфичне вриједности фреквенције (ν) или таласне дужине (λ).

Једном када је електрон узбуђен, он не остаје неограничено време у електронском стању више енергије; енергију ослобађа у облику фотона, а атом се враћа у своје основно или првобитно стање.

У зависности од тога да ли су апсорбовани фотони снимљени, добиће се апсорпциони спектар; и ако су емитовани фотони снимљени, резултат ће бити спектар емисије.

Овај феномен се може посматрати експериментално ако се загреју гасовити или атомизирани узорци. У астрономији, упоређивањем ових спектра, може се знати састав звезде, па чак и њен положај у односу на Земљу.

Видљиви спектар

Као што се може видети на прве две слике, видљиви спектар садржи боје од љубичасте до црвене и све њихове нијансе с обзиром на то колико материјала апсорбује (тамне нијансе).

Таласне дужине црвене светлости одговарају вредностима од 650 нм па надаље (док не нестану у инфрацрвеном зрачењу). А на крајњој левој страни, љубичасти и љубичасти тонови прекривају таласне вредности до 450 нм. Видљиви спектар се тада креће од 400 до 700 нм.

Како се λ повећава, фреквенција фотона се смањује, а самим тим и његова енергија. Дакле, љубичаста светлост има већу енергију (краће таласне дужине) од црвене (дуже таласне дужине). Због тога, материјал који апсорбује љубичасту светлост укључује електронске прелазе више енергије.

А ако материјал апсорбује љубичасту боју, која ће се боја одражавати? Изгледаће зеленкасто-жуто, што значи да његови електрони врше врло енергетске прелазе; Док материјал упије црвену нижу енергију, одразит ће плавкасто-зелену боју.

Кад је атом веома стабилан, обично показује веома удаљена електронска стања у енергији; и зато ћете морати да апсорбујете фотоне веће енергије да бисте омогућили електронске прелазе:

Извор: Габриел Боливар

Апсорпциони спектар молекула

Молекули имају атоме, који такође апсорбују електромагнетно зрачење; међутим, њихови електрони су део хемијске везе, па су и њихови прелази различити. Један од великих тријумфа теорије молекуларне орбитале је његова способност повезивања апсорпционих спектра са хемијском структуром.

Дакле, једноструке, двоструке, троструке, коњуговане везе и ароматичне структуре имају своја електронска стања; и зато апсорбују веома специфичне фотоне.

Имајући неколико атома, поред интермолекуларних интеракција и вибрација њихових веза (које такође апсорбују енергију), апсорпциони спектри молекула имају облик "планина", који означавају појасеве који чине таласне дужине где догађају се електронски прелази.

Захваљујући овим спектрима, једињење се може карактерисати, идентификовати, па чак и мултиваријантном анализом квантификовати.

Метилен плаво

Извор: Внт, са Викимедиа Цоммонс

Горња слика приказује спектар индикатора метилен плаве боје. Као што његово име очигледно говори, плаве је боје; али да ли се може проверити његовим апсорпционим спектром?

Имајте на уму да постоје опсези између таласних дужина од 200 до 300 нм. Између 400 и 500 нм скоро да нема апсорпције, односно не апсорбује љубичасту, плаву или зелену боју.

Међутим, он има снажан апсорпциони опсег након 600 нм, и зато има нискоенергетске електронске прелазе који апсорбују фотоне црвене светлости.

Због тога, с обзиром на високе вредности моларне апсорптивности, метилен плава показује интензивну плаву боју.

Хлорофили а и б

Извор: Серге Хелфрицх, из Викимедиа Цоммонс

Као што се може видети на слици, зелена линија одговара апсорпционом спектру хлорофила а, док плава линија одговара ономе хлорофила б.

Прво, треба упоредити појасеве у којима су моларне апсорптивности највеће; у овом случају оне с леве стране, између 400 и 500 нм. Хлорофил а снажно упија љубичасте боје, док хлорофил б (плава линија) упија плаве боје.

Апсорпцијом хлорофила б око 460 нм, огледа се плава, жута боја. Са друге стране, она такође јако апсорбује наранџасту светлост близу 650 нм, што значи да показује плаву боју. Ако се жуто и плаво мешају, шта је резултат? Зелена боја

И на крају, хлорофил апсорбује плаво љубичасту боју, а такође и црвено светло близу 660 нм. Због тога има зелену боју „омекшану“ жутом бојом.

Референце

1. Обсерватоире де Парис. (сф) Различите класе спектра. Опоравак од: медиа4.обспм.фр
2. Рабаналес Университи Цампус. (сф) Спектрофотометрија: Спектар апсорпције и колориметријска квантификација биомолекула. . Опоравак од: уцо.ес
3. Даи, Р. и Ундервоод, А. (1986). Квантитативна аналитичка хемија (пето издање). ПЕАРСОН, Прентице Халл, стр. 461-464.
4. Реусх В. (други). Видљива и ултраљубичаста спектроскопија. Опоравак од: 2.цхемистри.мсу.еду
5. Давид Дарлинг. (2016). Спектар апсорпције. Опоравак од: давиддарлинг.инфо
6. Академија Кан. (2018). Линија за апсорпцију / емисију. Опоравак од: кханацадеми.орг