Spectre Atomice [PDF]

Zitiervorschau

SPECTRE ATOMICE - Atomul este format dintr-un nucleu central în jurul căruia orbitează electronii. Aceştia ocupă nivelele energetice din atom conform principiului lui Pauli.Starea fundamentală a atomului este cea cu energie minimă a aranjamentului electronic. Starea excitată se obţine când furnizăm electronilor energie din exterior printr-un proces oarecare (termic, electromagnetic, etc.) şi aceştia trec pe nivele superioare de energie ce corespund orbitelor mai îndepărtate de nucleu. Starea excitată este instabilă, electronul se întoarce pe vechiul nivel de energie emiţând un foton, a cărui frecvenţă n este legată de energia ΔE prin relaţia lui Planck: ΔE = hυ. - Energia fotonului emis este dată de diferenţa de energie dintre nivelul energetic superior al electronului în atom şi cel inferior: ΔE = E2 – E1. - Fiecărei frecvenţe îi corespunde o linie spectrală situată fie în domeniu vizibil (400-700 nm), fie în cel invizibil (infraroşu, IR, sau ultraviolet UV) (Fig. 2, Anexă). Totalitatea liniilor spectrale emise de o substanţă formează spectrul de emisie. - Liniile spectrale pot fi vizualizate cu ajutorul unui instrument numit spectroscop compus din: colimator (C) cu fanta (F); prisma optică (P); luneta (L) pentru observarea spectrelor; tubul (T) pentru proiectarea scalei micrometrice (M) (Fig. 3, Anexă). La trecerea luminii prin gaze sau vapori aduse în starea de incandescenţă, acestea emit radiaţii care analizate cu un spectroscop sunt formate din diferite linii colorate, formând un spectru. Acelaşi lucru se întâmplă şi cu un corp solid incandescent. - Spectrele pot fi: de emisie şi absorbţie. - Spectrele de emisie sunt cele date de vapori, gaze sau corpuri solide aduse în stare de incandescenţă. - Spectrul de absorbţie al unui corp dat este un ansamblu de linii şi benzi întunecoase care apar pe fondul spectrului continuu de emisie, atunci când lumina trece printr-un mediu absorbant. - Spectrele de emisie cât şi cele de absorbţie se împart în următoarele trei tipuri: spectre continue, de bandă şi de linii.

- Spectrele de linii aparţin atomilor şi ionilor lor. Spectrele de bandă aparţin moleculelor, iar spectrele continue sunt emise de sistemele cu densitate mare, cum sunt corpurile solide şi lichide. Spectrele de linii depind de structura materialului care le emite. Aşadar, fiecare substanţă emite spectrul său caracteristic şi poate fi identificată după lungimea de undă caracteristică. - În anul 1885 Balmer constată că lungimile de undă ale spectrului atomului de hidrogen pot fi redate cu ajutorul unei formule empirice :

unde n1 caracterizează seria spectrală iar n2 linia în spectrul respectiv. Se obţin astfel următoarele serii spectrale: o

n1 = 1, n2 = 2,3,4,…seria Lyman, în UV;

o

n1 = 2, n2 = 3,4,5,…seria Balmer, în VIZ;

o

n1 = 3, n2 = 4,5,6,…seria Paschen, în IR apr.

o

n1 = 4, n2 = 5,6,7,…seria Brackett, în IR;

o

n1 = 5, n2 = 6,7,8,…seria Pfundt;

o

n1 = 6, n2 = 7,8,9,…seria Humphrey, ultimele trei fiind toate în IR

îndepărtat. - Analiza spectrală: deoarece spectrele caracterizează substanţele care emit sau absorb lumina, studiul acestora pot da informaţii despre natura lor. - Analiza spectrală poate fi: calitativă şi cantitativă. - În analiza spectrală calitativă se compară spectrul substanţei date cu unul de referinţă cunoscut (de obicei, cu spectrul fierului). Se caută lungimile de undă identificate în tabele cunoscute şi se află cărei substanţe îi aparţine spectrul respectiv. - Analiza spectrală cantitativă se bazează pe faptul că intensitatea liniei spectrale depinde de concentraţia atomilor emiţători din substanţa de studiat. Cu cât concentraţia este mai mare cu atât intensitatea liniilor este mai mare.

- Metodele spectrale de analiză sunt des folosite pentru că sunt simple şi rapide. Spectrometrul este un aparat pentru detectarea şi analizarea lungimilor de undă ale radiaţiei electromagnetice, folosit în mod obişnuit în spectroscopia moleculară; în sens mai larg, orice aparat în care o emisie (de radiaţie electromagnetică sau de particule) se răspândeşte conform unor anumite proprietăţi (precum energia sau masa) într-un spectru, măsurătorile fiind făcute în anumite puncte sau zone de-a lungul spectrului. Spectrometrul folosit în analiza tradiţională de laborator conţine o sursă de radiaţie, o probă şi un dispozitiv de detecţie şi analiză. Spectrometrele de emisie excită moleculele unei probe aducându-le la o stare mai înaltă de energie şi analizează radiaţia emisă atunci când acestea revin la starea iniţială. În spectrometrele de absorbţie este trecută prin probă o radiaţie de o lungime de undă cunoscută, iar prin varierea lungimii de undă se obţine ca răspuns un spectru; sistemul de detecţie arată în ce măsură a fost absorbită fiecare lungime de undă. Spectrometrele cu transformare Fourier se aseamănă cu cele de absorbţie, dar folosesc o bandă mai largă de radiaţii; un computer analizează semnalul la ieşire pentru a obţine spectrul de absorbţie. Diversele tipuri de aparate permit studierea unor probe dintre cele mai diverse, pe un interval larg de frecvenţe, la temperaturi sau presiuni diferite, în interiorul unui câmp magnetic sau electric. Spectrometrele de masă separă componentele atomice sau moleculare dintr-o probă conform maselor acestuia şi apoi detectează componentele sortate.