HVA ER UTSLIPPSSPEKTERET? (MED EKSEMPLER) - FYSISK - 2026

Den emisjonsspekteret er det spektrum av bølgelengder av lys som sendes ut av atomer og molekyler når gjør en overgang mellom to energitilstander. Det hvite lyset eller det synlige lyset som slår et prisme, brytes ned i forskjellige farger med spesifikke bølgelengder for hver farge. Mønsteret med farger som oppnås er det synlige strålingsspekteret av lys som kalles emisjonsspekteret.

Atomer, molekyler og stoffer har også et emisjonsspekter på grunn av lysutslipp når de tar opp riktig mengde energi utenfra for å transportere mellom to energitilstander. Ved å føre dette lyset gjennom et prisme, brytes det ned i spektralfargede linjer med forskjellige bølgelengder som er spesifikke for hvert element.

Viktigheten av utslippsspekteret er at det gjør det mulig å bestemme sammensetningen av ukjente stoffer og astronomiske objekter gjennom analyse av deres spektrallinjer ved bruk av emisjonsspektroskopiteknikker.

Følgende forklarer hva utslippsspekteret består av og hvordan det tolkes, noen eksempler er nevnt og forskjellene som eksisterer mellom utslipps- og absorpsjonsspekteret.

Hva er et utslippspektrum?

Atomene til et element eller et stoff har elektroner og protoner som holdes sammen av den elektromagnetiske tiltrekningskraften. I følge Bohr-modellen er elektronene arrangert på en slik måte at energien til atomet er lavest mulig. Dette energienerginivået kalles atomets grunntilstand.

Når atomene skaffer seg energi fra utsiden, beveger elektronene seg mot et høyere energinivå og atomet endrer grunntilstanden til en spent tilstand.

I opphisset tilstand er oppholdstiden for elektronet veldig liten (≈ 10-8 s) (1), atomet er ustabilt og går tilbake til grunntilstanden, passerer om nødvendig gjennom mellomliggende energinivåer.

Figur 1. a) Utslipp av et foton på grunn av overgangen til atomet mellom eksitasjonsenerginivået og det grunnleggende energinivået. b) utslipp av fotoner på grunn av overgangen til atomet mellom mellomliggende energinivåer.

I løpet av overgangen fra en eksitert tilstand til en grunntilstand avgir atomet et foton av lys med energi som er lik forskjellen i energi mellom de to tilstandene, og er direkte proporsjonal med frekvensen og omvendt proporsjonal med dens bølgelengde λ.

Det utsendte fotonet vises som en lys linje, kalt spektrallinjen (2), og den spektrale energifordelingen for samlingen av utsendte fotoner ved atomets overganger er emisjonsspekteret.

Tolkning av utslippsspekteret

Noen av atomens overganger er forårsaket av en økning i temperaturen eller av tilstedeværelsen av andre eksterne energikilder som en lysstråle, en strøm av elektroner eller en kjemisk reaksjon.

Hvis en gass som hydrogen plasseres i et kammer ved lavt trykk og en elektrisk strøm føres gjennom kammeret, vil gassen avgi lys med sin egen farge som skiller den fra andre gasser.

Ved å føre det utsendte lyset gjennom et prisme, i stedet for å få en regnbue med lys, oppnås diskrete enheter i form av fargede linjer med spesifikke bølgelengder, som bærer diskrete mengder energi.

Linjene i emisjonsspekteret er unike i hvert element, og dets bruk fra spektroskopiteknikken gjør det mulig å bestemme den grunnleggende sammensetningen av et ukjent stoff så vel som sammensetningen av astronomiske objekter ved å analysere bølgelengdene til de utsendte fotonene. under overgangen til atomet.

Forskjell mellom emisjonsspekter og absorpsjonsspekter.

I absorpsjons- og utslippsprosesser har atomet overganger mellom to energitilstander, men det er i absorpsjon at det henter energi utenfra og når eksitasjonsstatus.

Den spektrale utslippslinjen er motsatt av det kontinuerlige spekteret av hvitt lys. I den første blir den spektrale fordelingen observert i form av lyse linjer, og i den andre observeres et kontinuerlig bånd av farger.

Hvis en stråle med hvitt lys treffer en gass som hydrogen, lukket i et kammer ved lavt trykk, vil bare en del av lyset bli absorbert av gassen, og resten vil bli overført.

Når overført lys passerer gjennom et prisme, brytes det ned i spektrallinjer, hver med en annen bølgelengde, og danner absorpsjonsspekteret til gassen.

Absorpsjonsspekteret er helt motsatt av emisjonsspekteret, og det er også spesifikt for hvert element. Når man sammenligner begge spektrene til det samme elementet, observeres det at emisjonsspektrallinjene er de som mangler i absorpsjonsspekteret (figur 2).

Figur 2. a) Utslippspektrum og b) Absorpsjonsspekter (Forfatter: Stkl. Kilde: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

Eksempler på utslippsspektre for kjemiske elementer

a) Spektrallinjene til hydrogenatom, i det synlige området av spekteret, er en rød linje på 656,3 nm, en lys blå på 486,1 nm, en mørk blå på 434nm og en veldig svak fiolett på 410nm. Disse bølgelengdene er oppnådd fra Balmer - Rydberg-ligningen i sin moderne versjon (3).

er bølgenummeret for den spektrale linjen

er Rydbergs konstante (109666,56 cm-1)

er det høyeste energinivået

er det høyeste energinivået

Figur 3. Utslippspektrum for hydrogen (Forfatter: Adrignola. Kilde: commons.wikimedia.org

b) Emisjonsspekteret til helium har to serier med hovedlinjer, den ene i det synlige området og det andre nær ultrafiolett. Peterson (4) brukte Bohr-modellen for å beregne en serie helium-utslippslinjer i den synlige delen av spekteret, som et resultat av flere samtidige overganger av to elektroner til n = 5-tilstanden, og oppnådde verdier på bølgelengden samsvarer med eksperimentelle resultater. Bølgelengdene som ble oppnådd er 468,8nm, 450,1nm, 426,3nm, 418,4nm, 412,2nm, 371,9nm.

c) Utslippspektret av natrium har to veldig lyse linjer på 589nm og 589.6nm kalt D-linjer (5). De andre linjene er mye svakere enn disse, og for praktiske formål anses alt natriumlyset å komme fra D-linjene.

referanser

1. Måling av levetid for eksiterte tilstander i hydrogenatom. VA Ankudinov, SV Bobashev, og EP Andreev. 1, 1965, Soviet Physics JETP, bind 21, s. 26-32.
2. Demtröder, W. Laserspektroskopi 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur og. Atom, laser og spektroskopi. New Delhi: Phi Learning, 2010.
4. Bohr Revisited: Model andespectral lines of helium. Peterson, C. 5, 2016, Journal of young investigators, Vol. 30, pp. 32-35.
5. Journal of Chemical Education. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington, og S. Jacobs. 3, 1993, bind 70, s. 250-251.