EMISYON SPEKTRUMU NEDIR? (ÖRNEKLERLE) - FIZIKSEL - 2025

Emisyon spektrumu iki enerji durumları arasında geçiş yaparken atomlar ve moleküller tarafından yayılan ışık dalgaboylarının spektrumudur. Bir prizmaya çarpan beyaz ışık veya görünür ışık, her renk için belirli dalga boylarıyla farklı renklere ayrılır. Elde edilen renk düzeni, emisyon spektrumu adı verilen görünür ışık spektrumudur.

Atomlar, moleküller ve maddeler ayrıca, iki enerji durumu arasında geçiş yapmak için dışarıdan uygun miktarda enerji emdiklerinde ışık yayılmasından dolayı bir emisyon spektrumuna sahiptir. Bu ışığı bir prizmadan geçirerek, her bir elemana özgü farklı dalga boylarına sahip spektral renkli çizgiler halinde parçalanır.

Emisyon spektrumunun önemi, bilinmeyen maddelerin ve astronomik nesnelerin kompozisyonunun, emisyon spektroskopi teknikleri kullanılarak spektral çizgilerinin analizi yoluyla belirlenmesine izin vermesidir.

Ardından, emisyon spektrumunun nelerden oluştuğu ve nasıl yorumlandığı açıklanır, bazı örneklere değinilir ve emisyon spektrumu ile absorpsiyon spektrumu arasında var olan farklar anlatılır.

Emisyon spektrumu nedir?

Bir elementin veya bir maddenin atomları, elektromanyetik çekim kuvveti tarafından bir arada tutulan elektronlara ve protonlara sahiptir. Bohr modeline göre elektronlar, atomun enerjisi mümkün olan en düşük seviyede olacak şekilde düzenlenmiştir. Bu enerji enerji seviyesine atomun temel durumu denir.

Atomlar dışarıdan enerji aldıklarında, elektronlar daha yüksek bir enerji seviyesine hareket eder ve atom temel durumunu uyarılmış bir duruma değiştirir.

Uyarılmış durumda, elektronun kalma süresi çok kısadır (≈ 10-8 sn) (1), atom kararsızdır ve durum söz konusu ise ara enerji seviyelerinden geçerek temel duruma geri döner.

Şekil 1. a) Atomun uyarma enerji seviyesi ile temel enerji seviyesi arasındaki geçişinden kaynaklanan bir fotonun emisyonu. b) atomun ara enerji seviyeleri arasında geçişi nedeniyle foton emisyonu.

Uyarılmış durumdan temel duruma geçiş sürecinde atom, iki durum arasındaki enerji farkına eşit enerjiye sahip, frekansla doğru orantılı ve dalga boyu λ ile ters orantılı olan bir ışık fotonu yayar.

Yayılan foton, spektral çizgi (2) adı verilen parlak bir çizgi olarak gösterilir ve atomun geçişlerinde yayılan fotonların koleksiyonunun spektral enerji dağılımı emisyon spektrumudur.

Emisyon spektrumunun yorumlanması

Atomun bazı geçişleri, sıcaklıktaki bir artıştan veya bir ışık demeti, bir elektron akışı veya bir kimyasal reaksiyon gibi diğer dış enerji kaynaklarının varlığından kaynaklanır.

Hidrojen gibi bir gaz, bir bölmeye düşük basınçta yerleştirilirse ve bölmeden elektrik akımı geçirilirse, gaz onu diğer gazlardan ayıran kendi rengiyle ışık yayar.

Yayılan ışığı bir prizmadan geçirerek, bir ışık gökkuşağı elde etmek yerine, farklı miktarlarda enerji taşıyan, belirli dalga boylarına sahip renkli çizgiler şeklinde ayrı birimler elde edilir.

Emisyon spektrumunun çizgileri her elementte benzersizdir ve spektroskopi tekniğinden kullanımları, yayılan fotonların dalga boylarını analiz ederek bilinmeyen bir maddenin elemental kompozisyonunun yanı sıra astronomik nesnelerin kompozisyonunun belirlenmesine izin verir. atomun geçişi sırasında.

Emisyon spektrumu ve absorpsiyon spektrumu arasındaki fark.

Absorpsiyon ve emisyon süreçlerinde atom, iki enerji durumu arasında geçişlere sahiptir, ancak dışarıdan enerji aldığı ve uyarılma durumuna ulaştığı absorpsiyon halindedir.

Spektral emisyon çizgisi, sürekli beyaz ışık spektrumunun tersidir. Birincisinde spektral dağılım parlak çizgiler şeklinde, ikincisinde ise sürekli bir renk bandı gözlenir.

Beyaz ışık demeti, düşük basınçta bir bölme içinde bulunan hidrojen gibi bir gaza çarparsa, ışığın sadece bir kısmı gaz tarafından emilecek ve geri kalanı iletilecektir.

İletilen ışık bir prizmadan geçtiğinde, her biri farklı bir dalga boyuna sahip olan spektral çizgilere ayrılır ve gazın absorpsiyon spektrumunu oluşturur.

Absorpsiyon spektrumu, emisyon spektrumunun tamamen zıttıdır ve ayrıca her bir element için spesifiktir. Aynı elementin her iki spektrumunu karşılaştırırken, emisyon spektral çizgilerinin absorpsiyon spektrumunda eksik olanlar olduğu görülmektedir (Şekil 2).

Şekil 2. a) Emisyon spektrumu ve b) Absorpsiyon spektrumu (Yazar: Stkl. Kaynak: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

Kimyasal elementlerin emisyon spektrumlarına örnekler

a) Spektrumun görünür bölgesindeki hidrojen atomunun spektral çizgileri, 656.3 nm'lik bir kırmızı çizgi, 486.1 nm'lik bir açık mavi, 434nm'lik bir koyu mavi ve 410nm'lik çok soluk bir mordur. Bu dalga boyları, modern versiyonundaki Balmer - Rydberg denkleminden elde edilir (3).

spektral çizginin dalga sayısıdır

Rydberg sabiti (109666,56 cm-1)

en yüksek enerji seviyesidir

en yüksek enerji seviyesidir

Şekil 3. Hidrojenin emisyon spektrumu (Yazar: Adrignola. Kaynak: commons.wikimedia.org

b) Helyumun emisyon spektrumunda, biri görünür bölgede, diğeri ultraviyole yakınında olmak üzere iki seri ana çizgi vardır. Peterson (4), iki elektronun n = 5 durumuna birkaç eşzamanlı geçişinin bir sonucu olarak spektrumun görünür kısmında bir dizi helyum emisyon çizgisini hesaplamak için Bohr modelini kullandı ve elde edilen dalga boyu değerleri deneysel sonuçlarla tutarlı. Elde edilen dalga boyları 468.8nm, 450.1nm, 426.3nm, 418.4nm, 412.2nm, 371.9nm'dir.

c) Sodyumun emisyon spektrumu, D çizgileri (5) olarak adlandırılan, 589nm ve 589.6nm'lik iki çok parlak çizgiye sahiptir. Diğer çizgiler bunlardan çok daha zayıftır ve pratik amaçlar için tüm sodyum ışığının D çizgilerinden geldiği kabul edilir.

Referanslar

1. Hidrojen atomunun uyarılmış durumlarının yaşam sürelerinin ölçülmesi. VA Ankudinov, SV Bobashev ve EP Andreev. 1, 1965, Sovyet Fiziği JETP, Cilt 21, s. 26-32.
2. Demtröder, W. Lazer Spektroskopisi 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur ve. Atom, lazer ve spektroskopi. Yeni Delhi: Phi Learning, 2010.
4. Bohr Revisited: Model ve helyum spektral çizgileri. Peterson, C.5, 2016, Journal of young Investigators, Cilt 30, s. 32-35.
5. Kimyasal Eğitim Dergisi. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington ve S. Jacobs. 3, 1993, Cilt 70, s. 250-251.