ШТА ЈЕ ЕМИСИЈСКИ СПЕКТАР? (СА ПРИМЕРИМА) - ФИЗИЧКИ - 2025

Спектар емисија је спектар таласних дужина светлости емитује атома и молекула приликом прелаз између два енергетска стања. Бијела или видљива свјетлост која удара у призму разграђује се у различите боје с одређеним таласним дуљинама за сваку боју. Схема боја која се добија је видљиви спектар зрачења светлости који се назива емисијски спектар.

Атоми, молекуле и супстанце такође имају спектар емисије услед емисије светлости када апсорбују праву количину енергије извана за транзит између два енергетска стања. Пролазећи овом светлошћу кроз призму, она се распада на спектрално обојене линије различитих таласних дужина специфичних за сваки елемент.

Важност спектра емисије је у томе што омогућава одређивање састава непознатих супстанци и астрономских објеката анализом њихових спектралних линија помоћу техника емисионе спектроскопије.

Затим је објашњено од чега се састоји емисијски спектар и како се интерпретира, наводе се неки примери и разлике које постоје између емисијског и апсорпционог спектра.

Шта је спектар емисија?

Атоми елемента или неке супстанце имају електроне и протоне који се држе заједно помоћу електромагнетне привлачне силе. Према Боровом моделу, електрони су распоређени на такав начин да је енергија атома најмања могућа. Тај ниво енергије енергије назива се основно стање атома.

Када атоми стекну енергију споља, електрони се крећу ка вишем енергетском нивоу и атом промени своје основно стање у побуђено.

У побуђеном стању време задржавања електрона је врло кратко (≈ 10-8 с) (1), атом је нестабилан и враћа се у основно стање, пролазећи кроз средње нивое енергије, ако је потребно.

Слика 1. а) Емисија фотона услед преласка атома између нивоа енергије побуде и основног енергетског нивоа. б) емисија фотона услед преласка атома између интермедијарних нивоа енергије.

У процесу преласка из побуђеног стања у основно стање, атом емитује фотон светлости са енергијом једнаком разлици енергије између два стања, која је директно пропорционална фреквенцији и обрнуто пропорционална њеној таласној дужини λ.

Емитовани фотон је приказан као светла линија, која се назива спектрална линија (2), а расподјела спектралне енергије колекције емитираних фотона на пријелазима атома је спектар емисије.

Тумачење спектра емисије

Неки од прелаза атома узроковани су порастом температуре или присуством других спољних извора енергије, попут снопа светлости, тока електрона или хемијске реакције.

Ако се плин попут водоника стави у комору под ниским притиском и кроз комору прође електрична струја, гас ће емитирати светло своје боје која га разликује од других гасова.

Пролазећи емитовану светлост кроз призму, уместо да добијемо дугин светлост, добијају се дискретне јединице у облику обојених линија специфичних таласних дужина, које носе дискретне количине енергије.

Линије емисионог спектра јединствене су у сваком елементу и његова употреба из спектроскопске технике омогућава утврђивање елементарног састава непознате материје као и састава астрономских објеката анализом таласних дужина емитованих фотона. током преласка атома.

Разлика између спектра емисије и апсорпционог спектра.

У процесима апсорпције и емисије атом има прелазе између два енергетска стања, али при апсорпцији он добија енергију споља и достиже стање побуде.

Спектрална линија емисије супротна је непрекидном спектру беле светлости. У првом се спектрална дистрибуција посматра у облику светлих линија, а у другом се примећује континуирани опсег боја.

Ако сноп беле светлости погоди гас као што је водоник, затворен у комори при ниском притиску, само део светлости ће апсорбовати гас, а остатак ће се пренети.

Када пропуштена светлост пролази кроз призму, она се распада на спектралне линије, свака са различитим таласним дужинама, формирајући апсорпциони спектар гаса.

Спектар апсорпције је потпуно супротан емисијском спектру и такође је специфичан за сваки елемент. Упоређујући оба спектра истог елемента, примећује се да су емисијске спектралне линије оне које недостају у апсорпционом спектру (слика 2).

Слика 2. а) Спектар емисије и б) Спектар апсорпције (Аутор: Сткл. Извор: хттпс://цоммонс.викимедиа.орг/вики/Маин_Паге)

Примери спектра емисије хемијских елемената

а) Спектралне линије атома водоника, у видљивој области спектра, су црвена линија од 656,3 нм, светло плава од 486,1 нм, тамно плава од 434 нм и врло слабашна љубичаста 410 нм. Ове таласне дужине су добијене из Балмер-Ридбергове једначине у својој модерној верзији (3).

је таласни број спектралне линије

је Ридбергова константа (109666,56 цм-1)

је највиши енергетски ниво

је највиши енергетски ниво

Слика 3. Спектар емисије водоника (Аутор: Адригнола. Извор: цоммонс.викимедиа.орг

б) Емисијски спектар хелијума има две серије главних линија, једна у видљивој регији а друга у близини ултраљубичастог. Петерсон (4) је користио Бохров модел за израчунавање низа емисија линија хелија у видљивом делу спектра, као резултат неколико истовремених прелаза два електрона у стање н = 5, и добијених вредности таласне дужине у складу са експерименталним резултатима. Таласне дужине које су добијене су 468.8нм, 450.1нм, 426.3нм, 418.4нм, 412.2нм, 371.9нм.

ц) Емисијски спектар натријума има две веома светле линије од 589 нм и 589,6нм, назване Д линијама (5). Остале линије су много слабије од ових и, у практичне сврхе, сматра се да сва натријумова светлост потиче из Д линија.

Референце

1. Мерење животних векова узбуђених стања атома водоника. ВА Анкудинов, СВ Бобашев и ЕП Андреев. 1, 1965., Совјетска физика, ЈЕТП, вол. 21, стр. 26-32.
2. Демтродер, В. Ласерска спектроскопија 1. Каисерслаутерн: Спрингер, 2014.
3. ДКРаи, СН Тхакур и. Атом, ласер и спектроскопија. Нев Делхи: Пхи Леарнинг, 2010.
4. Бохр поновио: Модел андеспектралних линија хелија. Петерсон, Ц. 5, 2016, часопис за младе истражитеље, вол. 30, стр. 32-35.
5. Часопис за хемијско образовање. ЈР Апплинг, ФЈ Ионке, РА Едгингтон и С. Јацобс. 3, 1993, вол. 70, стр. 250-251.