Phổ hấp thụ nguyên tử, nhìn thấy và trong các phân tử

Một phổ hấp thụ là sản phẩm của sự tương tác của ánh sáng với vật liệu hoặc chất ở bất kỳ trạng thái vật lý nào của nó. Nhưng định nghĩa vượt xa một ánh sáng khả kiến ​​đơn giản, bởi vì sự tương tác bao gồm một phân đoạn rộng của phạm vi bước sóng và năng lượng của bức xạ điện từ.

Do đó, một số chất rắn, chất lỏng hoặc chất khí có thể hấp thụ các photon có năng lượng hoặc bước sóng khác nhau; từ bức xạ cực tím, tiếp theo là ánh sáng khả kiến, đến bức xạ hoặc tia hồng ngoại, đáng kinh ngạc trong bước sóng vi sóng.

Mắt người chỉ cảm nhận được sự tương tác của vật chất với ánh sáng khả kiến. Ngoài ra, nó có thể chiêm ngưỡng sự nhiễu xạ của ánh sáng trắng thông qua lăng kính hoặc phương tiện trong các thành phần đầy màu sắc của nó (hình trên cùng).

Nếu tia sáng bị "bẫy" sau khi đi qua một vật liệu và được phân tích, nó sẽ tìm thấy sự vắng mặt của một số dải màu nhất định; đó là, sẽ có các sọc đen tương phản với nền của nó. Đây là phổ hấp thụ, và phân tích của nó là cơ bản trong hóa học phân tích công cụ và thiên văn học.

Chỉ số

• Hấp thụ nguyên tử 1
  • 1.1 Chuyển tiếp và năng lượng điện tử
• 2 phổ nhìn thấy được
• 3 Phổ hấp thụ của các phân tử
  • 3.1 xanh methylen
  • 3.2 Chất diệp lục a và b
• 4 tài liệu tham khảo

Hấp thụ nguyên tử

Trong hình ảnh phía trên, phổ hấp thụ điển hình của các nguyên tố hoặc nguyên tử được hiển thị. Lưu ý rằng các thanh màu đen đại diện cho các bước sóng được hấp thụ, trong khi các thanh khác là các bước phát ra. Điều này có nghĩa là, ngược lại, phổ phát xạ nguyên tử sẽ trông giống như một dải màu đen với các sọc màu phát ra.

Nhưng những sọc này là gì? Làm thế nào để biết ngắn gọn nếu các nguyên tử hấp thụ hoặc phát ra (mà không giới thiệu huỳnh quang hoặc lân quang)? Câu trả lời nằm ở trạng thái điện tử được phép của các nguyên tử.

Chuyển tiếp và năng lượng điện tử

Các electron có thể di chuyển ra khỏi hạt nhân để nó tích điện dương khi chúng chuyển từ quỹ đạo năng lượng thấp hơn sang quỹ đạo năng lượng cao hơn. Đối với điều này, được giải thích bằng vật lý lượng tử, hấp thụ các photon có năng lượng cụ thể để thực hiện quá trình chuyển đổi điện tử như vậy.

Do đó, năng lượng được lượng tử hóa và sẽ không hấp thụ một nửa hoặc ba phần tư photon, mà là các giá trị tần số (ν) hoặc bước sóng cụ thể (λ).

Một khi electron bị kích thích, nó không tồn tại trong một thời gian không giới hạn ở trạng thái điện tử có năng lượng lớn hơn; nó giải phóng năng lượng dưới dạng một photon và nguyên tử trở về trạng thái cơ bản hoặc nguyên thủy.

Tùy thuộc vào việc các photon hấp thụ được ghi lại, sẽ có phổ hấp thụ; và nếu bạn ghi lại các photon phát ra, thì kết quả sẽ là phổ phát xạ.

Hiện tượng này có thể được quan sát bằng thực nghiệm nếu các mẫu khí hoặc nguyên tử của một nguyên tố được nung nóng. Trong thiên văn học, so sánh các quang phổ này, thành phần của một ngôi sao có thể được biết đến, và thậm chí vị trí của nó so với Trái đất..

Phổ nhìn thấy được

Như có thể thấy trong hai hình ảnh đầu tiên, quang phổ nhìn thấy bao gồm các màu từ tím đến đỏ và tất cả các sắc thái của nó liên quan đến mức độ vật liệu hấp thụ (bóng tối).

Các bước sóng của ánh sáng đỏ tương ứng với các giá trị từ 650nm trở đi (cho đến khi biến mất trong bức xạ hồng ngoại). Và ở phía bên trái, các tông màu tím và tím bao phủ các giá trị của bước sóng lên tới 450nm. Phổ nhìn thấy sau đó dao động từ 400 đến 700nm.

Khi tăng, tần số của photon giảm và do đó, năng lượng của nó. Do đó, ánh sáng tím có năng lượng cao hơn (bước sóng ngắn hơn) so với ánh sáng đỏ (bước sóng dài hơn). Do đó, một vật liệu hấp thụ ánh sáng tím liên quan đến sự chuyển đổi điện tử của năng lượng cao hơn.

Và nếu vật liệu hấp thụ màu tím, nó sẽ phản ánh màu gì? Nó sẽ hiển thị màu vàng lục, có nghĩa là các electron của nó tạo ra các chuyển tiếp rất năng lượng; trong khi nếu vật liệu hấp thụ màu đỏ, năng lượng thấp hơn, nó sẽ phản chiếu màu xanh lục.

Khi một nguyên tử rất ổn định, nó thường thể hiện các trạng thái điện tử rất xa trong năng lượng; và do đó, bạn sẽ cần hấp thụ các photon có năng lượng cao hơn để cho phép chuyển đổi điện tử:

Phổ hấp thụ của các phân tử

Các phân tử có các nguyên tử, và chúng cũng hấp thụ bức xạ điện từ; tuy nhiên, các electron của chúng là một phần của liên kết hóa học, do đó sự chuyển đổi của chúng là khác nhau. Một trong những chiến thắng lớn của lý thuyết về quỹ đạo phân tử là sức mạnh liên quan đến phổ hấp thụ với cấu trúc hóa học.

Do đó, các cấu trúc đơn giản, đôi, ba, liên hợp và thơm có trạng thái điện tử riêng; và do đó, chúng hấp thụ các photon rất đặc hiệu.

Bằng cách có một số nguyên tử, ngoài các tương tác giữa các phân tử và sự rung động của các liên kết của chúng (cũng hấp thụ năng lượng), quang phổ hấp thụ của các phân tử ở dạng "núi", biểu thị các dải bao gồm các bước sóng trong đó chuyển đổi điện tử xảy ra.

Nhờ những phổ này, một hợp chất có thể được đặc trưng, ​​xác định và thậm chí, thông qua phân tích đa biến, định lượng.

Xanh methylen

Phổ của chỉ thị methylene màu xanh được hiển thị trong hình trên. Như tên của nó rõ ràng chỉ ra, nó có màu xanh; nhưng nó có thể được kiểm tra với phổ hấp thụ của nó?

Lưu ý rằng có các dải giữa các bước sóng 200 và 300 nm. Trong khoảng từ 400 đến 500nm hầu như không có sự hấp thụ, nghĩa là nó không hấp thụ các màu tím, xanh dương hoặc xanh lục.

Tuy nhiên, nó có dải hấp thụ cực mạnh sau 600nm, và do đó, có các chuyển đổi điện tử năng lượng thấp hấp thụ các photon ánh sáng đỏ.

Do đó, và với các giá trị cao về độ hấp thụ mol, màu xanh metylen thể hiện màu xanh đậm.

Chất diệp lục a và b

Như trong hình, đường màu xanh lá cây tương ứng với phổ hấp thụ của diệp lục a, trong khi đường màu xanh lam tương ứng với đường diệp lục a..

Đầu tiên, nên so sánh các dải có độ hấp thụ mol lớn hơn; trong trường hợp này, những người ở bên trái, giữa 400 và 500nm. Chất diệp lục hấp thụ mạnh màu tím, trong khi chất diệp lục b (đường màu xanh) làm như vậy với màu xanh.

Bằng cách hấp thụ chất diệp lục b khoảng 460nm, màu xanh lam, màu vàng được phản chiếu. Mặt khác, nó cũng hấp thụ mạnh mẽ gần 650nm, ánh sáng màu cam, có nghĩa là nó thể hiện màu xanh lam. Nếu trộn màu vàng và màu xanh thì kết quả là gì? Màu xanh.

Và cuối cùng, chất diệp lục hấp thụ màu tím xanh, và ngoài ra, ánh sáng đỏ gần 660nm. Do đó, nó thể hiện một màu xanh lá cây "làm mềm" bởi màu vàng.

Tài liệu tham khảo

1. Đài quan sát Paris. (s.f.). Các loại quang phổ khác nhau. Lấy từ: media4.obspm.fr
2. Khuôn viên trường đại học Rabanales. (s.f.). Quang phổ: Phổ hấp thụ và định lượng màu của các phân tử sinh học. [PDF] Phục hồi từ: uco.es
3. Ngày, R., & Underwood, A. (1986). Hóa học phân tích định lượng (tái bản lần thứ năm). PEARSON, Hội trường Prentice, trang 461-464.
4. Reush W. (s.f.). Quang phổ nhìn thấy và cực tím. Lấy từ: 2. chemology.msu.edu
5. David yêu (2016). Phổ hấp thụ. Lấy từ: daviddarling.info
6. Học viện Khan. (2018). Đường hấp thụ / phát xạ. Lấy từ: khanacademy.org