Спектр поглощения атомного поглощения, видимый и в молекулах

спектр поглощения это тот продукт взаимодействия света с материалом или веществом в любом из его физических состояний. Но определение выходит за рамки простого видимого света, потому что взаимодействие включает в себя широкий сегмент диапазона длин волн и энергии электромагнитного излучения.

Следовательно, некоторые твердые вещества, жидкости или газы могут поглощать фотоны с разными энергиями или длинами волн; от ультрафиолетового излучения, сопровождаемого видимым светом, до излучения или инфракрасного света, колеблющихся в микроволновых длинах волн.

Человеческий глаз воспринимает только взаимодействие материи с видимым светом. Кроме того, он способен рассматривать дифракцию белого света через призму или среду в своих цветных компонентах (верхнее изображение).

Если бы луч света был «пойман в ловушку» после прохождения материала и анализа, он обнаружил бы отсутствие определенных полос цветов; то есть были бы черные полосы, контрастирующие с его фоном. Это спектр поглощения, и его анализ является фундаментальным в инструментальной аналитической химии и астрономии..

индекс

• 1 Атомная абсорбция
  • 1.1 Переходы и электронные энергии
• 2 Видимый спектр
• 3 Спектр поглощения молекул
  • 3.1 Метиленовый синий
  • 3.2 Хлорофиллы А и В
• 4 Ссылки

Атомная абсорбция

На верхнем изображении показан типичный спектр поглощения элементов или атомов. Обратите внимание, что черные полосы представляют поглощенную длину волны, в то время как другие являются излучаемыми. Это означает, что, напротив, спектр атомной эмиссии будет выглядеть как черная полоса с испускаемыми полосами цветов.

Но что это за полосы? Как вкратце узнать, поглощают или испускают атомы (не вводя флуоресценцию или фосфоресценцию)? Ответы лежат в разрешенных электронных состояниях атомов.

Переходы и электронные энергии

Электроны могут удаляться от ядра, оставляя его положительно заряженным, когда они переходят с орбитали с более низкой энергией на орбиту с более высокой энергией. Для этого, как объясняет квантовая физика, поглощают фотоны определенной энергии, чтобы совершить такой электронный переход.

Следовательно, энергия квантуется и не будет поглощать половину или три четверти фотона, а будет иметь значения частоты (ν) или конкретной длины волны (λ)..

Как только электрон возбужден, он не остается в течение неограниченного времени в электронном состоянии большей энергии; он высвобождает энергию в форме фотона, и атом возвращается в исходное или исходное состояние.

В зависимости от того, зарегистрированы ли поглощенные фотоны, будет спектр поглощения; и если вы записываете испущенные фотоны, то результатом будет спектр излучения.

Это явление можно наблюдать экспериментально, если нагревать газообразные или распыленные образцы элемента. В астрономии, сравнивая эти спектры, можно узнать состав звезды и даже ее местоположение относительно Земли..

Видимый спектр

Как видно на первых двух изображениях, видимый спектр включает цвета от фиолетового до красного и все его оттенки в зависимости от того, сколько материала поглощает (темные оттенки).

Длины волн красного света соответствуют значениям 650 нм и далее (до исчезновения в инфракрасном излучении). И в крайнем левом, фиолетовый и фиолетовый тона охватывают значения длин волн до 450 нм. Видимый спектр тогда колеблется от 400 до 700 нм приблизительно.

С ростом λ частота фотона уменьшается, а следовательно, и его энергия. Таким образом, фиолетовый свет имеет более высокую энергию (более короткие волны), чем красный свет (более длинные волны). Поэтому материал, который поглощает фиолетовый свет, включает электронные переходы более высоких энергий..

И если материал поглощает фиолетовый цвет, какой цвет он будет отражать? Он покажет зеленовато-желтый цвет, что означает, что его электроны совершают очень энергичные переходы; тогда как если материал поглощает красный цвет с более низкой энергией, он будет отражать голубовато-зеленый цвет.

Когда атом очень стабилен, он обычно представляет очень отдаленные электронные состояния в энергии; и, следовательно, вам нужно будет поглощать фотоны с более высокой энергией, чтобы позволить электронные переходы:

Спектр поглощения молекул

Молекулы имеют атомы, и они также поглощают электромагнитное излучение; однако их электроны являются частью химической связи, поэтому их переходы различны. Одним из величайших триумфов теории молекулярной орбитали является способность связывать спектры поглощения с химической структурой..

Таким образом, простые, двойные, тройные, сопряженные и ароматические структуры имеют свои собственные электронные состояния; и, следовательно, они поглощают очень специфические фотоны.

Имея несколько атомов в дополнение к межмолекулярным взаимодействиям и колебаниям их связей (которые также поглощают энергию), спектры поглощения молекул имеют вид "гор", которые указывают полосы, которые составляют длины волн, где происходят электронные переходы.

Благодаря этим спектрам соединение может быть охарактеризовано, идентифицировано и даже, с помощью многомерного анализа, количественно.

Метиленовый синий

Спектр синего метиленового индикатора показан на верхнем изображении. Как видно из названия, он синий; но можно ли это проверить по спектру поглощения?

Обратите внимание, что существуют полосы между длинами волн от 200 до 300 нм. Между 400 и 500 нм поглощение практически отсутствует, то есть не поглощает фиолетовый, синий или зеленый цвета..

Однако он имеет интенсивную полосу поглощения после 600 нм и, следовательно, имеет низкоэнергетические электронные переходы, которые поглощают фотоны красного света..

Следовательно, и учитывая высокие значения молярного поглощения, метиленовый синий проявляет интенсивный синий цвет.

Хлорофиллы А и В

Как показано на рисунке, зеленая линия соответствует спектру поглощения хлорофилла а, а синяя соответствует спектру хлорофилла а..

Во-первых, следует сравнить полосы, где молярная абсорбционная способность больше; в этом случае те, что слева, между 400 и 500 нм. Хлорофилл а сильно поглощает фиолетовые цвета, в то время как хлорофилл b (синяя линия) делает это с синим цветом.

Поглощая хлорофилл b около 460 нм, синий цвет отражает желтый цвет. С другой стороны, он также интенсивно поглощает около 650 нм, оранжевый свет, что означает, что он имеет синий цвет. Если желтый и синий цвета смешаны, каков результат? Зеленый цвет.

И, наконец, хлорофилл А поглощает голубовато-фиолетовый цвет и, кроме того, красный свет около 660 нм. Поэтому он имеет зеленый цвет, «смягченный» желтым.

ссылки

1. Обсерватория Парижа. (Н.Д.). Разные виды спектров. Получено с: media4.obspm.fr
2. Университетский городок Рабаналес. (Н.Д.). Спектрометрия: спектры поглощения и колориметрическое количественное определение биомолекул. [PDF]. Восстановлено от: uco.es
3. Дей Р. и Андервуд А. (1986). Количественная аналитическая химия (пятое изд.). Пирсон, Прентис Холл, стр. 461-464.
4. Reush W. (s.f.). Видимая и ультрафиолетовая спектроскопия. Получено из: 2.chemistry.msu.edu
5. Дэвид Дарлинг (2016). Спектр поглощения. Получено с: daviddarling.info
6. Ханская академия. (2018). Абсорбционные / эмиссионные линии. Получено с: khanacademy.org