CO JE EMISNÍ SPEKTRUM? (S PŘÍKLADY) - FYZICKÝ - 2025

Emisní spektrum je spektrum vlnových délek světla emitovaného atomů a molekul při vytváření přechodu mezi dvěma energetickými stavy. Bílé světlo nebo viditelné světlo dopadající na hranol se rozkládá na různé barvy se specifickými vlnovými délkami pro každou barvu. Vzorek barev, který se získá, je spektrum viditelného záření, které se nazývá emisní spektrum.

Atomy, molekuly a látky mají také emisní spektrum kvůli emisi světla, když absorbují odpovídající množství energie z vnějšku, aby přecházely mezi dvěma energetickými stavy. Tím, že prochází toto světlo hranolem, se rozpadá na spektrální barevné linie s různými vlnovými délkami specifickými pro každý prvek.

Význam emisního spektra spočívá v tom, že umožňuje stanovit složení neznámých látek a astronomických objektů pomocí analýzy jejich spektrálních čar pomocí technik emisní spektroskopie.

Dále je vysvětleno, z čeho se emisní spektrum skládá a jak je interpretováno, jsou zmíněny některé příklady a rozdíly, které existují mezi emisním a absorpčním spektrem.

Co je emisní spektrum?

Atomy prvku nebo látky mají elektrony a protony, které jsou drženy pohromadě přitažlivou elektromagnetickou silou. Podle Bohrova modelu jsou elektrony uspořádány tak, aby energie atomu byla co nejnižší. Tato úroveň energetické energie se nazývá základní stav atomu.

Když atomy získají energii z vnějšku, elektrony se posunou směrem k vyšší energetické hladině a atom změní svůj základní stav na vzrušený stav.

Ve vzrušeném stavu je doba setrvání elektronu velmi malá (≈ 10-8 s) (1), atom je nestabilní a vrací se do základního stavu, prochází, pokud je to nutné, prostřednictvím mezilehlých energetických úrovní.

Obrázek 1. a) Emise fotonu v důsledku přechodu atomu mezi úrovní excitační energie a základní energií. b) emise fotonů v důsledku přechodu atomu mezi mezilehlé energetické úrovně.

V procesu přechodu z excitovaného stavu do základního stavu atom emituje foton světla s energií rovnou rozdílu v energii mezi dvěma stavy, který je přímo úměrný frekvenci a nepřímo úměrný jeho vlnové délce λ.

Vyzařovaný foton je zobrazen jako jasná čára, nazývaná spektrální čára (2), a distribuce spektrální energie sběru emitovaných fotonů v přechodech atomu je emisní spektrum.

Interpretace emisního spektra

Některé z přechodů atomu jsou způsobeny zvýšením teploty nebo přítomností jiných vnějších zdrojů energie, jako je paprsek světla, proud elektronů nebo chemická reakce.

Pokud je plyn, jako je vodík, umístěn v komoře při nízkém tlaku a elektrický proud prochází skrz komoru, plyn bude emitovat světlo svou vlastní barvou, která jej odlišuje od ostatních plynů.

Průchodem vyzařovaného světla hranolem se namísto získání duhy světla získají diskrétní jednotky ve formě barevných čar se specifickými vlnovými délkami, které nesou diskrétní množství energie.

Čáry emisního spektra jsou jedinečné v každém prvku a jejich použití ze spektroskopické techniky umožňuje určit složení elementů neznámé látky i složení astronomických objektů analýzou vlnových délek emitovaných fotonů. během přechodu atomu.

Rozdíl mezi emisním spektrem a absorpčním spektrem.

V absorpčních a emisních procesech atom přechází mezi dvěma energetickými stavy, ale v absorpci získává energii z vnějšku a dosahuje stavu excitace.

Spektrální linie vyzařování je naproti kontinuálnímu spektru bílého světla. V prvním je pozorováno spektrální rozdělení ve formě jasných čar a ve druhém je pozorován souvislý pás barev.

Pokud paprsek bílého světla dopadne na plyn, jako je vodík, uzavřený v komoře při nízkém tlaku, plyn absorbuje pouze část světla a zbytek bude přenesen.

Když procházející světlo prochází hranolem, rozpadá se na spektrální linie, každá s jinou vlnovou délkou, vytvářející absorpční spektrum plynu.

Absorpční spektrum je zcela v protikladu k emisnímu spektru a je také specifické pro každý prvek. Při porovnání obou spekter téhož prvku je pozorováno, že emisní spektrální čáry jsou ty, které chybí v absorpčním spektru (obrázek 2).

Obrázek 2. a) Emisní spektrum ab) Absorpční spektrum (Autor: Stkl. Zdroj:

Příklady emisních spekter chemických prvků

a) Spektrální čáry atomu vodíku ve viditelné oblasti spektra jsou červená čára 656,3 nm, světle modrá 486,1 nm, tmavě modrá 434 nm a velmi slabá fialová barva 410 nm. Tyto vlnové délky jsou získány z Balmer - Rydbergovy rovnice v její moderní verzi (3).

je vlnové číslo spektrální čáry

je Rydbergova konstanta (109666,56 cm-1)

je nejvyšší úroveň energie

je nejvyšší úroveň energie

Obrázek 3. Emisní spektrum vodíku (Autor: Adrignola. Zdroj: commons.wikimedia.org

b) Emisní spektrum helia má dvě řady hlavních linií, jednu ve viditelné oblasti a druhou poblíž ultrafialového záření. Peterson (4) použil Bohrův model k výpočtu řady emisních linií helia ve viditelné části spektra v důsledku několika současných přechodů dvou elektronů do stavu n = 5 a získaných hodnot vlnové délky v souladu s experimentálními výsledky. Získané vlnové délky jsou 468,8 nm, 450,1 nm, 426,3 nm, 418,4 nm, 412,2 nm, 371,9 nm.

c) Emisní spektrum sodíku má dvě velmi jasné linie 589 nm a 589,6 nm nazývané D linie (5). Ostatní linie jsou mnohem slabší než tyto a z praktických důvodů se veškeré sodíkové světlo považuje za pocházející z D linií.

Reference

1. Měření životnosti excitovaných stavů atomu vodíku. VA Ankudinov, SV Bobashev a EP Andreev. 1, 1965, Soviet Physics JETP, sv. 21, str. 26-32.
2. Demtröder, W. Laserová spektroskopie 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur a. Atom, laser a spektroskopie. 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. Žurnál chemického vzdělávání. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington a S. Jacobs. 3, 1993, svazek 70, str. 250-251.