ABSORPSIYON SPEKTRUMU: ATOMIK, GÖRÜNÜR VE MOLEKÜLER ABSORPSIYON - KIMYA - 2025

Bir soğurma spektrumu , herhangi bir fiziksel halindeki bir malzeme veya maddeyle ışığın etkileşiminin ürünüdür. Ancak etkileşim, dalga boylarının geniş bir bölümünü ve elektromanyetik radyasyon enerjisini içerdiğinden, tanım basit bir görünür ışığın ötesine geçer.

Bu nedenle, bazı katılar, sıvılar veya gazlar, farklı enerjilere veya dalga boylarına sahip fotonları emebilir; ultraviyole radyasyondan, ardından görünür ışıktan kızılötesi radyasyona veya ışığa, mikrodalga dalga boylarına adım atıyor.

Kaynak: PublicDomainPictures aracılığıyla Circe Denyer

İnsan gözü yalnızca maddenin görünür ışıkla etkileşimini algılar. Benzer şekilde, renkli bileşenlerinde (üst görüntü) beyaz ışığın bir prizma veya ortam aracılığıyla kırınımını da düşünebilmektedir.

Işık ışını bir malzemenin içinden geçtikten ve analiz edildikten sonra "yakalanırsa", belirli renk şeritlerinin yokluğu bulunur; yani, arka planına zıt siyah çizgiler görülecektir. Bu, absorpsiyon spektrumudur ve analizi, enstrümantal analitik kimya ve astronomide temeldir.

Atomik absorpsiyon

Kaynak: Almuazi, Wikimedia Commons'tan

Üstteki resim, elementler veya atomlar için tipik bir absorpsiyon spektrumunu gösterir. Siyah bantların emilen dalga boylarını temsil ederken diğerlerinin yayılan dalga boylarını temsil ettiğine dikkat edin. Bu, aksine, bir atomik emisyon spektrumunun, yayılan renk şeritleri olan siyah bir bant gibi görüneceği anlamına gelir.

Ama bu çizgiler neler? Kısaca atomların absorbe edip etmediğini (floresans veya fosforesans vermeden) nasıl anlarım? Cevaplar atomların izin verilen elektronik hallerinde yatıyor.

Elektronik geçişler ve enerjiler

Elektronlar çekirdekten uzaklaşabilir ve onu pozitif yüklü bırakarak, daha düşük enerjili yörüngeden daha yüksek enerjili bir yörüngeye geçerler. Bunun için, kuantum fiziği tarafından açıklanan, söz konusu elektronik geçişi gerçekleştirmek için belirli bir enerjinin fotonlarını emiyorlar.

Bu nedenle, enerji nicelleştirilir ve bir fotonun yarısını veya dörtte üçünü emmez, ancak belirli frekans değerlerini (ν) veya dalga boylarını (λ) emer.

Elektron bir kez uyarıldığında, yüksek enerjinin elektronik durumunda sınırsız bir süre kalmaz; enerjiyi bir foton biçiminde serbest bırakır ve atom, temeline veya orijinal durumuna geri döner.

Absorbe edilen fotonların kaydedilip kaydedilmediğine bağlı olarak, bir absorpsiyon spektrumu elde edilecektir; ve eğer yayılan fotonlar kaydedilirse, sonuç bir emisyon spektrumu olacaktır.

Bu fenomen, bir elementin gazlı veya atomize edilmiş numuneleri ısıtıldığında deneysel olarak gözlemlenebilir. Astronomide, bu spektrumları karşılaştırarak, bir yıldızın bileşimi ve hatta Dünya'ya göre konumu bilinebilir.

Görünür spektrum

İlk iki görüntüde de görülebileceği gibi, görünür spektrum, mordan kırmızıya kadar olan renkleri ve malzemenin ne kadar emdiğine (koyu gölgeler) ilişkin tüm tonlarını içerir.

Kırmızı ışığın dalga boyları 650 nm'den sonraki değerlere karşılık gelir (kızılötesi radyasyonda yok olana kadar). En solda ise mor ve mor tonlar 450 nm'ye kadar dalga boyu değerlerini kapsıyor. Görünür spektrum daha sonra yaklaşık olarak 400 ila 700 nm arasında değişir.

Λ arttıkça, fotonun frekansı ve dolayısıyla enerjisi azalır. Bu nedenle mor ışık, kırmızı ışıktan (daha uzun dalga boyları) daha yüksek enerjiye (daha kısa dalga boylarına) sahiptir. Bu nedenle, mor ışığı emen bir malzeme, daha yüksek enerjilerin elektronik geçişlerini içerir.

Ve malzeme menekşe rengini emerse, hangi rengi yansıtır? Yeşilimsi sarı görünecektir, bu da elektronlarının çok enerjik geçişler yaptığı anlamına gelir; Malzeme daha düşük enerjili kırmızı rengi absorbe ederken mavimsi-yeşil bir rengi yansıtacaktır.

Bir atom çok kararlı olduğunda, genellikle enerjide çok uzak elektronik durumlar sergiler; ve bu nedenle, elektronik geçişlere izin vermek için daha yüksek enerjili fotonları emmeniz gerekecektir:

Kaynak: Gabriel Bolívar

Moleküllerin absorpsiyon spektrumu

Moleküllerin atomları vardır ve bunlar da elektromanyetik radyasyonu emer; ancak elektronları kimyasal bağın bir parçasıdır, bu nedenle geçişleri farklıdır. Moleküler yörünge teorisinin en büyük zaferlerinden biri, absorpsiyon spektrumlarını kimyasal yapı ile ilişkilendirme yeteneğidir.

Böylece, tekli, ikili, üçlü, konjuge bağlar ve aromatik yapılar kendi elektronik durumlarına sahiptir; ve bu nedenle çok özel fotonları emerler.

Moleküller arası etkileşimlere ve (aynı zamanda enerjiyi de emen) bağlarının titreşimlerine ek olarak, birkaç atoma sahip olarak, moleküllerin absorpsiyon spektrumları, dalga boylarını oluşturan bantları gösteren "dağlar" biçimindedir. elektronik geçişler meydana gelir.

Bu spektrumlar sayesinde, bir bileşik karakterize edilebilir, tanımlanabilir ve hatta çok değişkenli analiz yoluyla ölçülebilir.

Metilen mavisi

Kaynak: Wnt, Wikimedia Commons'tan

Üstteki resim, metilen mavisi göstergesinin spektrumunu göstermektedir. Adından da anlaşılacağı gibi mavi renktedir; ama absorpsiyon spektrumu ile kontrol edilebilir mi?

200 ve 300 nm dalga boyları arasında bantlar olduğuna dikkat edin. 400 ile 500 nm arasında hemen hemen hiç absorpsiyon yoktur, yani mor, mavi veya yeşil renkleri absorbe etmez.

Bununla birlikte, 600 nm'den sonra güçlü bir soğurma bandına sahiptir ve bu nedenle, kırmızı ışık fotonlarını emen düşük enerjili elektronik geçişlere sahiptir.

Sonuç olarak, yüksek molar absorptivite değerleri göz önüne alındığında, metilen mavisi yoğun bir mavi renk sergiler.

Klorofiller a ve b

Kaynak: Serge Helfrich, Wikimedia Commons'tan

Resimde görüldüğü gibi yeşil çizgi klorofil a'nın absorpsiyon spektrumuna karşılık gelirken mavi çizgi klorofil b'ye karşılık gelir.

İlk olarak molar absorptivitelerin en büyük olduğu bantlar karşılaştırılmalıdır; bu durumda soldakiler 400 ile 500 nm arasındadır. Klorofil a mor renkleri güçlü bir şekilde emerken, klorofil b (mavi çizgi) mavi renkleri emer.

Klorofil b'yi 460 nm civarında emerek mavi, sarı rengi yansıtılır. Öte yandan, 650 nm'ye yakın turuncu ışığı da güçlü bir şekilde absorbe eder, bu da mavi rengini sergilediği anlamına gelir. Sarı ve mavi karışırsa sonuç nedir? Yeşil renk.

Ve son olarak, klorofil a mavi-mor rengi ve ayrıca 660 nm'ye yakın bir kırmızı ışığı emer. Bu nedenle sarı ile "yumuşatılmış" bir yeşil renk sergiler.

Referanslar

1. Observatoire de Paris. (Sf). Farklı spektrum sınıfları. Kaynak: media4.obspm.fr
2. Rabanales Üniversitesi Kampüsü. (Sf). Spektrofotometri: Absorpsiyon spektrumları ve biyomoleküllerin kolorimetrik ölçümü. . Uco.es'den kurtarıldı
3. Day, R. ve Underwood, A. (1986). Quantitative Analytical Chemistry (beşinci baskı). PEARSON, Prentice Hall, s 461-464.
4. W. (nd) yazın. Görünür ve Ultraviyole Spektroskopisi. Kurtarıldı: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling. (2016). Emilim spektrumu. Kurtarıldı: daviddarling.info
6. Khan Akademisi. (2018). Soğurma / emisyon hatları. Khanacademy.org'dan kurtarıldı