ספקטרום הקליטה: קליטה אטומית, גלויה ומולקולרית - כִּימִיָה - 2025

ספקטרום הקליטה היא תוצר של אינטראקציה של אור עם חומר או חומר בכל מצבי הפיזי שלה. אולם ההגדרה חורגת מאור גלוי פשוט, מכיוון שהאינטראקציה כוללת קטע רחב של טווח אורכי הגל והאנרגיה של קרינה אלקטרומגנטית.

לכן, חלק מהמוצקים, הנוזלים או הגזים, יכולים לספוג פוטונים בעלי אנרגיות או אורכי גל שונים; מקרינה אולטרה סגולה, ואחריה אור נראה, לקרינה אינפרא אדום או אור, נכנס לאורכי גל מיקרוגל.

מקור: Circe Denyer דרך PublicDomainPictures

העין האנושית תופסת רק את יחסי הגומלין של החומר עם האור הנראה. באופן דומה, הוא מסוגל להרהר בפיזור האור הלבן דרך פריזמה או מדיום במרכיביו הצבעוניים (תמונה עליונה).

אם קרן האור הייתה "נתפסת" לאחר שנסעה בחומר, וניתחה אותה, יימצא היעדרם של להקות צבעים מסוימות; כלומר, ניתן לראות פסים שחורים בניגוד לרקע שלו. זהו ספקטרום הקליטה, והניתוח שלו הוא בסיסי בכימיה אנליטית אינסטרומנטלית.

קליטה אטומית

מקור: Almuazi, מתוך ויקימדיה Commons

התמונה העליונה מציגה ספקטרום קליטה אופייני לאלמנטים או אטומים. שימו לב שהפסים השחורים מייצגים את אורכי הגל הספוג, בעוד שהאחרים הם הנפלטים. המשמעות היא שבניגוד לכך, ספקטרום פליטה אטומית ייראה כמו רצועה שחורה עם פסים של צבעים נפלטים.

אבל מה הפסים האלה? איך לדעת בקיצור אם האטומים סופגים או פולטים (מבלי להכניס פלואורסצנציה או זרחן)? התשובות נעוצות במדינות האלקטרוניות המותרות של האטומים.

מעברים אלקטרוניים ואנרגיות

אלקטרונים מסוגלים להתרחק מהגרעין ומשאירים אותו טעון חיובי בזמן שהם עוברים מסלולית אנרגיה נמוכה יותר לאנרגיה גבוהה יותר. לשם כך, מוסברים על ידי פיזיקת הקוונטים, הם סופגים פוטונים של אנרגיה ספציפית לביצוע המעבר האלקטרוני האמור.

לכן האנרגיה מכמתת, והם לא יספגו חצי או שלושת רבעי פוטון, אלא ערכי תדר ספציפיים (ν) או אורכי גל (λ).

ברגע שהאלקטרון מתרגש, הוא לא נשאר לזמן בלתי מוגבל במצב האלקטרוני של אנרגיה גבוהה יותר; הוא משחרר את האנרגיה בצורת פוטון, והאטום חוזר לקרקע או למצב המקורי.

תלוי אם הקלטות הפוטונים הנקלטים יתקבל ספקטרום קליטה; ואם הפוטונים הנפלטים מוקלטים, התוצאה תהיה ספקטרום פליטה.

ניתן להבחין בתופעה ניסיונית אם מחוממים דגימות גזים או אטומים של אלמנט. באסטרונומיה, על ידי השוואה בין ספקטרומים אלה, ניתן לדעת את הרכב הכוכב, ואפילו את מיקומו ביחס לכדור הארץ.

הספקטרום הנראה לעין

כפי שניתן לראות בשתי התמונות הראשונות, הספקטרום הנראה לעין כולל צבעים מסגול לאדום וכל גווניהם ביחס לכמות החומר סופג (גוונים כהים).

אורכי הגל של האור האדום תואמים לערכים החל מ- 650 ננומטר ואילך (עד שהם נעלמים בקרינה אינפרא אדום). ובשמאל הקיצוני גוונים סגולים וסגולים מכסים ערכי אורך גל עד 450 ננומטר. הספקטרום הנראה אז נע בין 400 ל 700 ננומטר בערך.

כאשר λ גדל, תדירות הפוטון יורדת, ולכן האנרגיה שלו. לפיכך, לאור הסגול יש אנרגיה גבוהה יותר (אורכי גל קצרים יותר) מאור אדום (אורכי גל ארוכים יותר). לכן, חומר הקולט אור סגול כרוך במעברים אלקטרוניים של אנרגיות גבוהות יותר.

ואם החומר סופג את הצבע סגול, איזה צבע הוא ישקף? זה יופיע בצבע צהוב-ירקרק, מה שאומר שהאלקטרונים שלו מבצעים מעברים אנרגטיים מאוד; בעוד שאם החומר סופג את הצבע האדום האנרגטי התחתון, הוא ישקף צבע ירוק-כחלחל.

כאשר אטום יציב מאוד, הוא בדרך כלל מציג מצבים אלקטרוניים רחוקים מאוד באנרגיה; ולכן תצטרך לקלוט פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה יותר כדי לאפשר מעבר אלקטרוני:

מקור: גבריאל בוליבר

ספקטרום הקליטה של ​​מולקולות

למולקולות יש אטומים, ואלו סופגות גם קרינה אלקטרומגנטית; עם זאת האלקטרונים שלהם הם חלק מהקשר הכימי, ולכן המעברים שלהם שונים. אחד הניצחונות הגדולים בתורת המסלול המולקולרי הוא יכולתה לקשר את ספקטרום הקליטה למבנה כימי.

לפיכך, קשרים יחידים, כפולים, משולשים, מצומדים ומבנים ארומטיים, הם בעלי מצבים אלקטרוניים משלהם; ולכן הם סופגים פוטונים מאוד ספציפיים.

על ידי מספר אטומים, בנוסף לאינטראקציות הבין-מולקולריות, והרטט של קשריהם (שקולטים גם אנרגיה), יש לספקטרום הקליטה של ​​המולקולות צורה של "הרים", המציינים את הלהקות המרכיבות את אורכי הגל שם מעברים אלקטרוניים מתרחשים.

בזכות הספקטרומים הללו, ניתן לאפיין, לזהות ואף ליצור, כימות, באמצעות ניתוח רב משתנים.

מתילן כחול

מקור: Wnt, מתוך ויקימדיה Commons

התמונה העליונה מציגה את הספקטרום של המחוון הכחול מתילן. כשמו כן הוא, צבעו כחול; אך האם ניתן לבדוק זאת עם ספקטרום הקליטה שלה?

שימו לב שיש רצועות בין אורכי הגל של 200 ל -300 ננומטר. בין 400 ל 500 ננומטר כמעט ואין ספיגה, כלומר הוא אינו סופג צבעים סגולים, כחולים או ירוקים.

עם זאת, יש לה פס קליטה חזק לאחר 600 ננומטר, ולכן יש לו מעברים אלקטרוניים בעלי אנרגיה נמוכה הקולטים פוטונים של אור אדום.

כתוצאה מכך, ובהתחשב בערכים הגבוהים של ספיגות מולקולרית, כחול מתילן מציג צבע כחול עז.

כלורופיליות a ו- b

מקור: סרג 'הלפריך, מ- Wikimedia Commons

כפי שניתן לראות בתמונה, הקו הירוק מתאים לספקטרום הספיגה של הכלורופיל א, בעוד שהקו הכחול תואם לזה של הכלורופיל b.

ראשית, יש להשוות בין הלהקות בהן הספיגה הטוחנית היא הגדולה ביותר; במקרה זה, אלה משמאל, בין 400 ל 500 ננומטר. כלורופיל א סופג חזק את הצבעים הסגולים ואילו הכלורופיל ב (קו כחול) סופג צבעים כחולים.

על ידי ספיגת הכלורופיל b בסביבות 460 ננומטר, הכחול, הצבע הצהוב משתקף. מצד שני, הוא גם סופג חזק בקרבת 650 ננומטר, אור כתום, מה שאומר שהוא מציג את הצבע כחול. אם צהוב וכחול מתערבבים, מה התוצאה? הצבע ירוק.

ולבסוף, הכלורופיל א סופג את הצבע הכחול-סגול, וגם את האור האדום קרוב ל 660 ננומטר. לכן הוא מציג צבע ירוק "מרוכך" על ידי צהוב.

הפניות

1. Observatoire de Paris. (sf). שיעורי הספקטרום השונים. התאושש מ: media4.obspm.fr
2. קמפוס אוניברסיטת רבנאלס. (sf). ספקטרופוטומטריה: ספקטרום הקליטה וכימות קולומטרי של ביו-מולקולות. . התאושש מ: uco.es
3. Day, R., & Underwood, A. (1986). כימיה אנליטית כמותית (מהדורה חמישית). פרסון, אולם פרנטיס, עמ '461-464.
4. Reush W. (nd). ספקטרוסקופיה גלויה ואולטרה סגולה. התאושש מ: 2.chemistry.msu.edu
5. דייוויד דרלינג. (2016). ספקטרום קליטה. התאושש מ: daviddarling.info
6. האקדמיה לחאן. (2018). קווי קליטה / פליטה. התאושש מ: khanacademy.org