Atomaire absorptie absorptiespectrum, zichtbaar en in de moleculen

een absorptiespectrum is dat product van de interactie van licht met een materiaal of substantie in een van zijn fysieke toestanden. Maar de definitie gaat verder dan een eenvoudig zichtbaar licht, omdat de interactie een breed segment van het bereik van golflengten en energie van elektromagnetische straling omvat.

Daarom kunnen sommige vaste stoffen, vloeistoffen of gassen fotonen van verschillende energieën of golflengten absorberen; van ultraviolette straling, gevolgd door zichtbaar licht, naar straling of infrarood licht, duizelingwekkend in microgolfgolflengten.

Het menselijk oog neemt alleen de interacties van materie waar met zichtbaar licht. Ook is het in staat om de diffractie van wit licht door een prisma of een medium in zijn kleurrijke componenten te overdenken (bovenste afbeelding).

Als "vangen" van de lichtstraal na een reis door een materiaal, en gescand, zal de afwezigheid van bepaalde kleurbanden tegenkomt; dat wil zeggen zwarte balken contrasteren met hun achtergrond zou worden nageleefd. Dit is het absorptiespectrum en analyse kritisch instrumentele analytische chemie en astronomie.

index

• 1 Atomaire absorptie
  • 1.1 Overgangen en elektronische energieën
• 2 Zichtbaar spectrum
• 3 Absorptiespectrum van moleculen
  • 3.1 Methyleenblauw
  • 3.2 Chlorofylen a en b
• 4 Referenties

Atomaire absorptie

In het bovenste beeld wordt een typisch absorptiespectrum van de elementen of atomen getoond. Merk op dat de zwarte balken de geabsorbeerde golflengten voorstellen, terwijl de andere de uitgezonden golflengten zijn. Dit betekent dat integendeel een atomair emissiespectrum eruit zou zien als een zwarte band met strepen van uitgezonden kleuren.

Maar wat zijn deze strepen? Hoe weet ik in het kort of de atomen absorberen of uitstoten (zonder dat fluorescentie of fosforescentie wordt geïntroduceerd)? De antwoorden liggen in de toegestane elektronische toestanden van atomen.

Overgangen en elektronische energieën

De elektronen zijn in staat om weg te bewegen van de kern en blijven positief geladen terwijl ze van een lagere energie-orbitaal naar een hogere energie-orbitaal bewegen. Hiervoor, uitgelegd door de kwantumfysica, absorbeer fotonen van een specifieke energie om een ​​dergelijke elektronische overgang te maken.

Daarom is de energie gekwantiseerd en absorberen helft of driekwart foton, maar frequentiewaarden (ν) of golflengte (λ) specifieke.

Als het elektron eenmaal is geëxciteerd, blijft het niet voor onbeperkte tijd in de elektronische staat van grotere energie; het geeft de energie vrij in de vorm van een foton en het atoom keert terug naar zijn basale of oorspronkelijke staat.

Afhankelijk van of de geabsorbeerde fotonen worden geregistreerd, zal er een absorptiespectrum zijn; en als u de uitgezonden fotonen opneemt, zal het resultaat een emissiespectrum zijn.

Dit fenomeen kan experimenteel worden waargenomen als gasvormige of vernevelde monsters van een element worden verwarmd. In de astronomie kan het vergelijken van deze spectra, de samenstelling van een ster bekend zijn, en zelfs de locatie ten opzichte van de aarde..

Zichtbaar spectrum

Zoals blijkt uit de eerste twee beelden, het zichtbare spectrum omvat kleuren van violet tot rood en alle schakeringen van hoeveel geabsorbeerde materiaal (donkere tinten).

De golflengten van het rode licht corresponderen met waarden vanaf 650 nm (tot verdwijning in de infrarode straling). En uiterst links, violet en paars tonen de waarden van golflengten tot 450 nm. Het zichtbare spectrum varieert dan ongeveer van 400 tot 700 nm.

Naarmate A groter wordt, neemt de frequentie van het foton af, en dus de energie. Violet licht heeft dus een hogere energie (kortere golflengten) dan rood licht (langere golflengten). Daarom impliceert een materiaal dat purper licht absorbeert elektronische overgangen van hogere energieën.

En als het materiaal de violette kleur absorbeert, welke kleur zal het dan weerkaatsen? Het zal een groenachtige gele kleur vertonen, wat betekent dat de elektronen zeer energetische overgangen maken; terwijl als het materiaal de rode kleur, van lagere energie absorbeert, het een blauwachtig groene kleur zal weerspiegelen.

Wanneer een atoom zeer stabiel is, presenteert het gewoonlijk zeer verre elektronische toestanden in energie; en daarom zul je fotonen van hogere energie moeten absorberen om elektronische overgangen mogelijk te maken:

Absorptiespectrum van moleculen

Moleculen hebben atomen en deze absorberen ook elektromagnetische straling; echter, hun elektronen maken deel uit van de chemische binding, dus hun overgangen zijn verschillend. Een van de grote triomfen van de theorie van de moleculaire orbitaal is de kracht om de spectra van absorptie in verband te brengen met de chemische structuur.

Aldus hebben eenvoudige, dubbele, drievoudige, geconjugeerde en aromatische structuren hun eigen elektronische toestanden; en daarom absorberen ze zeer specifieke fotonen.

Uit verscheidene stikstofatomen naast intermoleculaire interacties en de trillingen van de banden (ook energie absorberen), de absorptiespectra van de moleculen de vorm van "bergen", die de banden omvat de golflengten waarbij duiden elektronische overgangen gebeuren.

Dankzij deze spectra kan een verbinding worden gekarakteriseerd, geïdentificeerd en zelfs door middel van multivariate analyse gekwantificeerd.

Methyleenblauw

Het spectrum van de blauwe methyleenindicator wordt weergegeven in het bovenste beeld. Zoals de naam kennelijk aangeeft, is hij blauw; maar kan het worden gecontroleerd met zijn absorptiespectrum?

Merk op dat er banden zijn tussen golflengten van 200 en 300 nm. Tussen 400 en 500 nm is er vrijwel geen absorptie, dat wil zeggen dat het de violette, blauwe of groene kleuren niet absorbeert.

Het heeft echter een intense absorptieband na 600 nm en heeft daarom elektronische overgangen met lage energie die fotonen van rood licht absorberen.

Derhalve, en gegeven de hoge waarden van de molaire absorptievermogen, vertoont het methyleenblauw een intens blauwe kleur.

Chlorofylen a en b

Zoals in de afbeelding wordt weergegeven, komt de groene lijn overeen met het absorptiespectrum van chlorofyl a, terwijl de blauwe lijn overeenkomt met die van chlorofyl a..

Ten eerste moeten de banden waar de molaire absorptievermogen groter is, worden vergeleken; in dit geval die links, tussen 400 en 500 nm. Chlorofyl a absorbeert sterk paarse kleuren, terwijl chlorofyl b (blauwe lijn) dat doet met een blauwe kleur.

Door chlorofyl b te absorberen rond 460 nm, blauw, wordt de gele kleur gereflecteerd. Aan de andere kant absorbeert het ook intens dichtbij 650 nm, het oranje licht, wat betekent dat het de blauwe kleur vertoont. Als de gele en blauwe kleur gemengd zijn, wat is het resultaat? De groene kleur.

En ten slotte absorbeert chlorofyl a de blauwachtige violette kleur en daarnaast een rood licht nabij 660 nm. Daarom vertoont het een groene kleur "verzacht" door geel.

referenties

1. Observatoire de Paris. (N.D.). De verschillende soorten spectra. Teruggeplaatst van: media4.obspm.fr
2. Universiteitscampus van Rabanales. (N.D.). Spectrometrie: Absorptiespectra en colorimetrische kwantificering van biomoleculen. [PDF]. Hersteld van: uco.es
3. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kwantitatieve analytische chemie (vijfde ed.). PEARSON, Prentice Hall, p 461-464.
4. Reush W. (s.f.). Zichtbare en ultraviolette spectroscopie. Teruggeplaatst van: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling (2016). Absorptiespectrum. Teruggeplaatst van: daviddarling.info
6. Khan Academy. (2018). Absorptie- / emissielijnen. Teruggeplaatst van: khanacademy.org