¿Cuál es la relación entre espectro y longitud de onda? ¿Cómo entender la longitud de onda más larga del rojo?
Las ondas luminosas son generadas por los electrones durante el movimiento de los átomos. El movimiento de los electrones en los átomos de diversas sustancias es diferente, por lo que las ondas de luz emitidas también son diferentes. El estudio de la emisión y absorción de luz de diferentes sustancias tiene una importancia teórica y práctica importante y se ha convertido en una disciplina especial: la espectroscopia. El espectro de absorción infrarroja de las moléculas se utiliza generalmente para estudiar el espectro vibratorio y el espectro rotacional de las moléculas, entre los cuales el espectro vibratorio molecular siempre ha sido el principal tema de investigación.
Principios
La luz policromática tiene varias longitudes de onda (o frecuencias) y diferentes índices de refracción en el medio. Por lo tanto, cuando la luz policromática pasa a través de un medio con una determinada forma geométrica (como un prisma), la luz de diferentes longitudes de onda se dispersará debido a diferentes ángulos de salida, proyectando bandas de color continuas o discontinuas.
El principio de que la luz solar está separada por un prisma también se ha aplicado al famoso experimento de dispersión solar. La luz del sol es blanca. Después de la refracción por un prisma, se formará un espectro de color continuo de rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta, que cubrirá la región de luz visible de aproximadamente 390 a 770 nanómetros. Históricamente, este experimento fue completado por el científico británico Sir Isaac Newton en 1665, lo que proporcionó a las personas la primera exposición objetiva y cuantitativa a la luz.
Espectro de emisión El espectro producido directamente por la luz emitida por un objeto se denomina espectro de emisión.
Continuo
Un espectro continuo que contiene luz de varios colores desde el rojo al violeta se llama espectro continuo. Los espectros de emisión de sólidos calientes, líquidos y gases a alta presión son espectros continuos. Por ejemplo, la luz emitida por el filamento de una lámpara eléctrica y la luz emitida por el acero fundido en caliente forman un espectro continuo.
Un espectro que contiene sólo algunas líneas brillantes discontinuas se llama espectro de líneas brillantes. Las líneas brillantes en el espectro de líneas brillantes se llaman líneas espectrales y cada línea espectral corresponde a una longitud de onda de luz diferente. El espectro de emisión de gases nobles o vapores metálicos es un espectro de líneas brillantes. El espectro de líneas brillantes también se llama espectro atómico. Para observar el espectro atómico de un gas, se puede utilizar un tubo espectroscópico, que es un tubo de vidrio cerrado con un centro muy delgado y lleno de gas a baja presión. Hay dos electrodos en cada extremo del tubo.
Espectro de líneas brillantes
Al observar el espectro atómico de sustancias sólidas o líquidas, podemos quemarlas en la llama de una lámpara de gas o en un arco eléctrico, provocando que se vaporicen y brillen. y luego verlos desde el espectroscopio Vea su espectro de líneas brillantes.
Los experimentos muestran que diferentes átomos emiten diferentes espectros de líneas brillantes, y los átomos de cada elemento tienen un cierto espectro de líneas brillantes, es decir, los espectros de líneas brillantes de varios elementos. Cada átomo sólo puede emitir luz con sus propias características a una determinada longitud de onda, por lo que las líneas espectrales del espectro de líneas brillantes se denominan líneas espectrales características del átomo. Las líneas espectrales características de los átomos se pueden utilizar para identificar sustancias y estudiar la estructura de los átomos.
Espectro de absorción Cuando la luz blanca (incluida la luz con una distribución continua de todas las longitudes de onda) emitida por un objeto de alta temperatura pasa a través de una sustancia, el espectro producido por la sustancia que absorbe parte de la longitud de onda de la luz se llama un espectro de absorción. Por ejemplo, deje que la luz blanca emitida por la lámpara de arco pase a través del gas sodio de temperatura más baja (ponga un poco de sal en la mecha de la lámpara de alcohol, la sal se descompondrá para producir gas sodio cuando se caliente) y luego obsérvela con un espectroscopio. , verás un espectro continuo en el fondo. Hay dos líneas oscuras. Este es el espectro de absorción de los átomos de sodio. Vale la pena señalar que cada línea oscura en el espectro de absorción de varios átomos corresponde a una línea brillante en el espectro de emisión de ese átomo. Esto muestra que la luz absorbida por los átomos de gas a baja temperatura es exactamente la luz emitida por dichos átomos a altas temperaturas. Por lo tanto, las líneas espectrales (líneas oscuras) en el espectro de absorción también son líneas características de los átomos, pero generalmente se ven menos líneas características en el espectro de absorción que en el espectro abierto.
Historia y desarrollo de la espectroscopia
La espectroscopia se ha estudiado durante más de cien años. En 1666, Newton descompuso la luz solar que pasaba a través de un prisma de vidrio en varios espectros de colores, desde el rojo al violeta. Descubrió que la luz blanca se compone de varios colores de luz. Este fue el primer estudio espectroscópico.
La línea espectral fue observada más tarde por Wollaston en 1802 y descubierta de forma independiente por Fraunhofer en 1814. Newton no pudo observar las líneas espectrales porque dejó pasar la luz del sol a través de un agujero circular en lugar de una rendija. Entre 1814 y 1815, Fraunhofer publicó muchas líneas oscuras en el espectro solar y las nombró con letras, algunas de las cuales todavía se utilizan en la actualidad. A partir de entonces, estas líneas pasaron a ser conocidas como líneas de Fraunhofer.
La espectroscopia práctica fue desarrollada por Kirchhoff y Bunsen en la década de 1960. Demostraron que la espectroscopia se puede utilizar como un nuevo método de análisis químico cualitativo y descubrieron varios elementos desconocidos a través de este método, lo que demuestra que hay muchos elementos conocidos en el sol.
Desde mediados del siglo XIX, el espectro del átomo de hidrógeno ha sido uno de los temas importantes en la investigación espectroscópica. Estos resultados contribuyeron en gran medida al establecimiento de las leyes de la mecánica cuántica en un intento de explicar el espectro de los átomos de hidrógeno. Estas leyes se aplican no sólo a los átomos de hidrógeno, sino también a otros átomos, moléculas y materia condensada.
La línea más fuerte en el espectro de los átomos de hidrógeno fue descubierta por el físico sueco Estrin en 1853. Durante los siguientes 20 años, se observaron más líneas de átomos de hidrógeno en el espectro de la estrella. En 1885, Balmer, un científico suizo dedicado a las mediciones astronómicas, descubrió una fórmula empírica que explicaba las posiciones conocidas de los átomos de hidrógeno. Este grupo de líneas se denominó más tarde sistema de Balmer. Tras los logros de Balmer, en 1889, el espectroscopista sueco Rydberg descubrió sistemas espectrales lineales de muchos elementos, el más obvio de los cuales era el sistema espectral de átomos de metales alcalinos, y todos ellos podían satisfacer una fórmula simple.
Aunque la expresión de la longitud de onda de la línea espectral del átomo de hidrógeno es muy sencilla, en aquel momento se desconocía el motivo. No fue hasta 1913 que Bohr dio una explicación clara. Sin embargo, la teoría de Bohr no pudo explicar varias características de los espectros atómicos observados, e incluso una explicación más detallada del espectro atómico del hidrógeno encontró dificultades.
La mecánica cuántica desarrollada en el siglo XX puede explicar satisfactoriamente las causas de las líneas espectrales. Los electrones no sólo tienen momento angular orbital, sino también momento angular de giro. La combinación de estos dos momentos angulares explica con éxito la división de las líneas espectrales.
El concepto de espín electrónico fue propuesto por primera vez por Uhlenbeck y Guzmit en 1925 como una hipótesis para explicar los resultados de las mediciones de los espectros de átomos de metales alcalinos. En la mecánica cuántica relativista de Dirac, el concepto de espín del electrón (incluido el espín del protón y del neutrón) tiene una base teórica sólida. Se ha convertido en un resultado natural de las ecuaciones básicas más que en una suposición especial.
En 1896, Zeeman colocó la fuente de luz en un campo magnético para observar el estado triplete de la luz y descubrió que estas líneas espectrales estaban polarizadas. Este fenómeno ahora se conoce como efecto Zeeman. Al año siguiente, Lorenz dio una explicación satisfactoria de este efecto.
El efecto Zeeman no sólo es importante en teoría, sino también en su aplicación. El efecto Zeeman es un método muy útil en la clasificación de espectros complejos y ayuda eficazmente a las personas a comprender espectros complejos.
Según los diferentes métodos de estudio de la espectroscopia, la espectroscopia se divide tradicionalmente en espectroscopia de emisión, espectroscopia de absorción y espectroscopia de dispersión. Estos diferentes tipos de espectroscopia proporcionan diferentes aspectos del conocimiento sobre la microestructura de los materiales y diferentes métodos de análisis químico.
Los espectros de emisión se pueden dividir en tres categorías diferentes: espectro lineal, espectro en banda y espectro continuo. Los espectros lineales son producidos principalmente por átomos, los espectros de bandas son producidos principalmente por moléculas y los espectros continuos son producidos principalmente por sólidos incandescentes o descargas de gases.
Actualmente existen millones de líneas espectrales emitidas por los átomos. Cada átomo tiene su propio espectro único, tan diferente como la huella digital de una persona. Según la teoría de la espectroscopia, cada átomo tiene su propia serie de estados de energía discretos y cada estado de energía tiene una cierta cantidad de energía.
Definimos la energía mínima del espectro del átomo de hidrógeno como energía mínima. Este estado de energía se llama estado fundamental y el nivel de energía correspondiente se llama nivel de energía básico. Cuando un átomo se eleva de alguna manera desde su estado fundamental a un estado de mayor energía, la energía interna del átomo aumenta y el átomo emite esta energía adicional en forma de luz, produciendo el espectro de emisión del átomo, y viceversa. Este cambio de estado de energía atómica no es continuo, sino cuántico, lo que llamamos transición entre niveles de energía atómica.
En el espectro de emisión de moléculas, el contenido principal del estudio es el espectro de emisión de moléculas diatómicas. En las moléculas, la energía del estado electrónico es de 50 a 100 veces mayor que la energía del estado vibratorio, y la energía del estado vibratorio es de 50 a 100 veces mayor que la energía del estado rotacional. Por lo tanto, las transiciones entre estados electrónicos de las moléculas siempre van acompañadas de transiciones vibratorias y transiciones rotacionales, por lo que muchas líneas espectrales están densamente agrupadas para formar un espectro de bandas.
A partir del estudio de los espectros de emisión, podemos obtener conocimientos de la estructura de niveles de energía de átomos y moléculas, incluyendo la medición de constantes importantes. La espectrometría de emisión atómica se utiliza ampliamente en análisis químicos.
Cuando un haz de luz de longitud de onda continua pasa a través de una sustancia, ciertos componentes del haz se atenúan. Cuando el haz de luz absorbido que pasa a través de la sustancia se desarrolla en un espectro mediante un espectrómetro, se obtiene el espectro de absorción de la sustancia. Casi todas las sustancias tienen espectros de absorción únicos. El conocimiento de la estructura de niveles de energía proporcionado por la espectroscopia de absorción atómica y el conocimiento de la estructura de niveles de energía proporcionado por el espectro de emisión son complementarios.
En general, la espectroscopia de absorción estudia la absorción de la luz en esas longitudes de onda, el grado de absorción y por qué hay absorción. El objeto de estudio son básicamente las moléculas.
El espectro de absorción tiene un amplio rango espectral, aproximadamente desde 10 nanómetros hasta 1000 micrómetros. En el rango espectral de 200 nanómetros a 800 nanómetros se puede observar absorción de sólidos, líquidos y soluciones, y algunas de estas absorciones son continuas, llamadas espectros de absorción general; algunas muestran una o más bandas de absorción, llamadas espectro de absorción selectiva. Todos estos espectros son producidos por cambios en los estados electrónicos de las moléculas.
La espectroscopia de absorción selectiva tiene una amplia gama de aplicaciones en química orgánica, incluyendo identificación de compuestos, control de procesos químicos, determinación de estructura molecular, análisis químicos cualitativos y cuantitativos, etc.
El espectro de absorción infrarroja de las moléculas se utiliza generalmente para estudiar el espectro vibratorio y el espectro rotacional de las moléculas, entre los cuales el espectro vibratorio molecular siempre ha sido el principal tema de investigación.
El estudio de los espectros de vibración molecular muestra que muchas frecuencias vibratorias son básicamente las frecuencias vibratorias de algunos pequeños grupos atómicos dentro de la molécula. Estas frecuencias son características de estos grupos atómicos y no tienen nada que ver con el resto de la molécula. molécula. Esto es muy similar al espectro de absorción de la base de color en la región de la luz visible y es muy importante en la aplicación de la espectroscopia de absorción infrarroja molecular. A lo largo de los años, se ha utilizado para estudiar la estructura y el análisis cuantitativo y cualitativo de moléculas poliatómicas.
La espectroscopia Raman es la técnica espectroscópica más común en espectroscopia de dispersión. Cuando la luz atraviesa una sustancia, además de la transmisión y absorción de la luz, también se observa dispersión de la luz. La luz dispersada incluye no sólo la frecuencia de la luz incidente original (dispersión de Rayleigh y dispersión de Tyndall), sino también algunas frecuencias nuevas. Esta dispersión con una nueva frecuencia se denomina dispersión Raman y su espectro se denomina espectro Raman.
La intensidad de la dispersión Raman es extremadamente pequeña, aproximadamente una milésima parte de la de la dispersión Rayleigh. Frecuencia Raman, intensidad, polarización, etc. Indique las propiedades del material de dispersión. A partir de estos datos se puede derivar el conocimiento de la estructura y composición del material. Por este motivo se utiliza ampliamente la espectroscopia Raman.
Debido a que la dispersión Raman es muy débil, no fue descubierta por el físico indio Raman hasta 1928. Cuando iluminaron un líquido con luz monocromática de una lámpara de mercurio, observaron nuevas líneas espectrales en la luz dispersada del líquido que tenía frecuencias más bajas que la luz incidente. Unos meses después de que Raman y otros anunciaran su descubrimiento, el físico soviético Lanz Miguel y otros informaron de forma independiente sobre la existencia de este efecto en los cristales.
El efecto Raman se origina a partir de la vibración (y la vibración reticular) y la rotación de las moléculas, por lo que el conocimiento del nivel de energía de la vibración molecular (nivel de energía de vibración reticular) y la estructura del nivel de energía rotacional se puede obtener a partir del espectro Raman. .
La intensidad de la dispersión Raman es muy débil. Antes de la llegada de los láseres, obtener un espectro perfecto requería mucho tiempo. Desde el desarrollo del láser, utilizándolo como fuente de luz de excitación, la tecnología de espectroscopía Raman ha experimentado grandes cambios. La salida láser de los láseres tiene buena monocromaticidad, direccionalidad y alta intensidad, por lo que se convierten en una fuente de luz casi ideal para obtener espectros Raman, especialmente láseres de iones de argón de onda continua y láseres de iones de amoníaco. Por lo tanto, la investigación sobre espectroscopia Raman ha vuelto a ser muy activa y su alcance de investigación también se ha ampliado considerablemente. Además de ampliar la variedad de sustancias estudiadas, la espectroscopia Raman se ha convertido en una herramienta muy útil para estudiar procesos de combustión, detectar contaminación ambiental y analizar una variedad de materiales.
Otras ramas de la óptica
Óptica, óptica geométrica, óptica ondulatoria, óptica atmosférica, óptica oceánica, óptica cuántica, espectroscopia, óptica fisiológica, óptica electrónica, óptica integrada, óptica espacial, Fotónica .
Clasificación espectral
Por rango de longitud de onda
Más allá del extremo rojo de algunos espectros visibles, existen rayos infrarrojos con longitudes de onda más largas de manera similar, entre el extremo ultravioleta y; Además, existen rayos ultravioleta con longitudes de onda más cortas. Ni la luz infrarroja ni la ultravioleta pueden detectarse a simple vista, pero pueden registrarse mediante instrumentos. Por tanto, además del espectro visible, el espectro también incluye el espectro infrarrojo y el espectro ultravioleta.
Según el método de producción
Según el método de producción, el espectro se puede dividir en espectro de emisión, espectro de absorción y espectro de dispersión.
Algunos objetos pueden emitir luz por sí mismos, y el espectro de luz que producen directamente se llama espectro de emisión.
Los espectros de emisión se pueden dividir en tres categorías diferentes: espectro lineal, espectro en banda y espectro continuo. El espectro lineal es producido principalmente por átomos y consta de algunas líneas brillantes discontinuas; el espectro de bandas se compone principalmente de moléculas con algo de luz densa dentro de un cierto rango de longitud de onda, el espectro continuo es excitado principalmente por sólidos calientes, líquidos o gases a alta presión producidos por el; Emisión de radiación electromagnética, consiste en luz distribuida continuamente en todas las longitudes de onda.
El espectro de la luz solar es un espectro de absorción típico. A medida que la luz brillante del sol pasa a través de la atmósfera solar más fría, varios átomos de la atmósfera solar absorben algunas longitudes de onda de luz, provocando líneas oscuras en el espectro resultante. Cuando la luz blanca pasa a través de un gas, el gas absorberá la luz con la misma longitud de onda que su línea espectral característica de la luz blanca que lo atraviesa, lo que dará como resultado una línea oscura que aparece en el espectro continuo formado por la luz blanca. En este momento, el espectro producido por sustancias en el espectro continuo que absorben luz de ciertas longitudes de onda se llama espectro de absorción. Normalmente, se ven menos líneas características en un espectro de absorción que en un espectro lineal.
Cuando la luz incide sobre una sustancia, se produce una dispersión inelástica. En la luz dispersada se encuentran componentes elásticos (dispersión de Rayleigh) con la misma longitud de onda que la luz de excitación, así como componentes más largos y más cortos que la longitud de onda de la luz de excitación. Este último fenómeno se conoce colectivamente como efecto Raman. Este fenómeno fue descubierto por el científico indio Raman en 1928, por lo que la dispersión de la luz con nuevas longitudes de onda se llama dispersión Raman, y el espectro resultante se llama espectro Raman o espectro de dispersión Raman.
Según la naturaleza de producción
Según la naturaleza de producción, el espectro se puede dividir en espectro molecular y espectro atómico.
En las moléculas, la energía del estado electrónico es de 50 a 100 veces mayor que la energía del estado vibratorio, y la energía del estado vibratorio es de 50 a 100 veces mayor que la energía del estado rotacional. . Por lo tanto, las transiciones entre estados electrónicos de las moléculas siempre van acompañadas de transiciones vibratorias y transiciones rotacionales, por lo que muchas líneas espectrales están densamente agrupadas para formar un espectro molecular. Por eso, los espectros moleculares también se denominan bandas.
En un átomo, cuando éste se eleva desde el estado fundamental a un estado de mayor energía de alguna manera, la energía dentro del átomo aumenta, y este exceso de energía se emite en forma de luz, produciéndose así la espectro de emisión del átomo, es decir, el espectro atómico. Debido a que los cambios en el estado de la energía atómica son cuantos discontinuos, el espectro resultante también se compone de algunas líneas brillantes discontinuas, por lo que el espectro atómico también se denomina espectro lineal.
El espectro se divide en las siguientes formas.
Espectro de emisión
El espectro producido directamente por la luminiscencia del objeto se llama espectro de emisión. Un espectro que contiene sólo algunas líneas brillantes discontinuas se llama espectro de líneas brillantes. Las líneas brillantes en el espectro de líneas brillantes se llaman líneas espectrales y cada línea espectral corresponde a una longitud de onda de luz diferente. El espectro de emisión de un gas enrarecido o de un vapor metálico es un espectro de líneas brillantes. El espectro de líneas brillantes lo emiten átomos en estado libre, por lo que también se le llama espectro atómico. Para observar el espectro atómico de un gas, se puede utilizar un tubo espectroscópico. El tubo espectroscópico es un tubo de vidrio cerrado con un gas delgado de presión media y baja en su interior. Hay dos electrodos en ambos extremos del tubo. Al conectar los dos electrodos a una fuente de energía de alto voltaje, el gas fino dentro del tubo brillará, produciendo un cierto color de luz.
Espectro lineal
Espectro compuesto por líneas espectrales estrechas. Las ondas de luz emitidas por gases monoatómicos o vapores metálicos son espectros lineales, por lo que los espectros lineales también se denominan espectros atómicos. Cuando los átomos saltan de un nivel de energía superior a uno inferior, irradian ondas de luz de una única longitud de onda.
Estrictamente hablando, esa luz monocromática de una única longitud de onda no existe. Debido a que el nivel de energía en sí tiene una cierta anchura, junto con el efecto Doppler, las líneas espectrales de la radiación atómica siempre tendrán una cierta anchura (ver ampliación de las líneas espectrales). Es decir, todavía contiene varios componentes de longitud de onda dentro de un rango de longitud de onda estrecho. Los espectros atómicos reflejan la estructura interna de los átomos según la distribución de longitudes de onda. Cada átomo tiene su propia serie espectral especial. Mediante el estudio de los espectros atómicos, podemos comprender la estructura interna de los átomos o realizar análisis cualitativos y cuantitativos de los componentes contenidos en una muestra.
Espectro de bandas
Consta de una serie de bandas espectrales radiadas por moléculas, por lo que también se denomina espectro molecular. Cuando se observa con un espectrómetro de alta resolución, cada banda espectral en realidad está compuesta por muchas líneas espectrales adyacentes. Cuando las moléculas pasan entre niveles de energía vibratorios y rotacionales, normalmente irradian bandas en la región infrarroja o infrarroja lejana. La estructura molecular se puede comprender estudiando los espectros moleculares.
Continuo
Un espectro continuo que contiene luz de varios colores desde el rojo al violeta se llama espectro continuo. Los espectros de emisión de sólidos calientes, líquidos y gases a alta presión son espectros continuos. Por ejemplo, la luz emitida por los filamentos eléctricos y la luz emitida por el acero fundido en caliente forman un espectro continuo.
Espectroscopia Atómica
Al observar el espectro atómico de una sustancia sólida o líquida, ésta puede quemarse en la llama de una lámpara de gas o de un arco eléctrico, provocando que se vaporice y emita luz.
Los experimentos muestran que diferentes átomos emiten diferentes espectros de líneas brillantes, y los átomos de cada elemento tienen un cierto espectro de líneas brillantes. Color La figura 7 es el espectro de líneas brillantes de varios elementos. Cada átomo sólo puede emitir luz de una longitud de onda específica con sus propias propiedades. Por lo tanto, las líneas espectrales del espectro de líneas brillantes se denominan líneas espectrales características de los átomos. Las líneas espectrales características de los átomos se pueden utilizar para identificar sustancias y estudiar la estructura de los átomos.
Espectro de absorción
Cuando la luz blanca emitida por un objeto de alta temperatura (incluida la luz con una distribución continua de todas las longitudes de onda) atraviesa el material, se forma el espectro (o espectro continuo) Se produce después de que el material absorbe parte de la longitud de onda de la luz. Cuando la onda de luz pasa a través de la muestra del material, los átomos o moléculas de la muestra en el estado fundamental absorberán la luz de una longitud de onda específica y pasarán al estado excitado, por lo que la oscuridad correspondiente. aparecen líneas o bandas oscuras en el fondo del espectro continuo), lo que se denomina espectro de absorción. Cada átomo o molécula tiene un espectro de absorción obvio que refleja su estructura de niveles de energía. El estudio de las características y patrones de los espectros de absorción es un medio importante para comprender la estructura interna de átomos y moléculas. El espectro de absorción fue descubierto por primera vez por J.V. Fraunhofer en el espectro solar (llamado líneas de Fraunhofer), y sobre esta base se determinaron algunos elementos contenidos en el sol.
Sustantivo común
1. Cromóforo se refiere al grupo funcional principal que produce la banda de absorción que se muestra en una molécula. La banda de absorción aquí suele estar dentro del rango de medición de los instrumentos generales. es decir, la longitud de onda superior a 210 nm. Los cromóforos no son grupos saturados. La posición de la banda de absorción del cromóforo se ve afectada por sustituyentes o disolventes adyacentes, lo que hace que la distancia entre los dos niveles de energía de la transición disminuya o aumente, y el pico de absorción se mueva a longitudes de onda largas o cortas.
2. Pasar a ondas largas, también llamado corrimiento al rojo.
3. Pasar a onda corta, también llamado desplazamiento al azul.
4. Cromóforo se refiere a átomos o grupos que no muestran absorción en las regiones de luz ultravioleta y visible. Cuando se une un cromóforo, la banda de absorción del cromóforo se desplaza hacia el rojo y la absorbancia aumenta.
5. El efecto de aumentar la intensidad de absorción de la banda de absorción se denomina efecto de mejora del color; de lo contrario, se convierte en un efecto de color sustractivo.
6. La absorción terminal significa que la intensidad de la curva de absorción aumenta a medida que la longitud de onda se acorta, hasta el límite de medición del instrumento sin mostrar una forma de pico. Este fenómeno es causado por bandas de absorción que se producen en longitudes de onda más cortas. La absorción en el límite se llama absorción terminal.
7. Un zigzag o hombro es una indicación de que la curva de absorción se detiene o aumenta ligeramente en el camino hacia abajo o hacia arriba. Este fenómeno suele ser causado por otros picos de absorción ocultos en el pico principal.
Espectroscopio
El espectroscopio se utiliza para observar el espectro. Consta del colimador A, el prisma P y el telescopio B. Delante del colimador A hay una ventana estrecha con ancho ajustable. La hendidura S está ubicada en el plano focal ① de la lente L1.
La luz incidente desde la rendija es refractada por la lente L1 y luego se convierte en luz paralela al prisma P. Se emiten diferentes colores de luz a lo largo de diferentes direcciones de refracción a través del prisma y convergen en diferentes colores en el plano focal MN detrás de la lente. Imagen L2 (línea espectral). A través del ocular L3 del telescopio B podemos ver la imagen espectral ampliada. Si pones un negativo en el MN, puedes obtener una imagen del espectro. Un instrumento espectroscópico con este dispositivo se llama espectrógrafo.
Espectro de elementos
Los diferentes átomos tienen diferentes colores. Diferentes elementos tienen espectros diferentes, es decir, absorben luz y liberan luz en diferentes longitudes de onda, por lo que también existen diferencias de color. Si la materia existe en forma de átomos individuales, la clave depende de la energía de excitación electrónica del átomo. Si está dentro de un cierto rango de luz visible y absorbe una determinada parte de la luz, mostrará el color del resto de la luz. Si la energía de excitación de los electrones del átomo es baja, puede absorber cualquier luz y el átomo es negro, si la energía de excitación de los electrones del átomo es alta. No puede absorber luz y es de color blanco. Si absorbe luz de longitud de onda corta, es roja o amarilla. A través del estudio de los espectros, las personas pueden obtener conocimientos sobre la estructura del nivel de energía, la vida útil del nivel de energía, la configuración electrónica, la geometría molecular, las propiedades de los enlaces químicos, la cinética de reacción y otros aspectos de la estructura del material.
Espectros específicos de elementos: rojo para azufre, azul para oxígeno y verde para hidrógeno.
Análisis espectral
Dado que cada átomo tiene su propia línea espectral característica, se puede identificar una sustancia y determinar su composición química en función del espectro. Este método se llama análisis espectroscópico. Al realizar análisis espectrales, podemos utilizar espectros de emisión y espectros de absorción al mismo tiempo. La ventaja de este método es que es muy sensible y rápido. Cuando el contenido de un determinado elemento en una sustancia alcanza los 10 g, su línea característica se puede encontrar en el espectro, por lo que se puede detectar. El análisis espectral tiene una amplia gama de aplicaciones en ciencia y tecnología. Por ejemplo, para comprobar si los materiales semiconductores silicio y germanio cumplen los requisitos de alta pureza, es necesario un análisis espectral. Históricamente, el análisis espectral también ha ayudado a descubrir muchos elementos nuevos. Por ejemplo, el rubidio y el cesio se descubrieron al observar líneas espectrales características previamente desconocidas en el espectro. El análisis espectral también es muy útil para estudiar la composición química de los cuerpos celestes. A principios del siglo XIX, al estudiar el espectro solar, se descubrió que había muchas líneas oscuras en su espectro continuo (ver figura en color 9, que solo tiene algunas líneas oscuras importantes). Al principio no sabía cómo se formaban estas líneas oscuras. Más tarde, la gente entendió la causa del espectro de absorción y se dio cuenta de que era el espectro de absorción que se produce cuando la fuerte luz del sol pasa a través de la atmósfera solar más fría. Al analizar cuidadosamente estas líneas oscuras y compararlas con las líneas espectrales características de varios átomos, la gente sabe que la atmósfera solar contiene docenas de elementos como hidrógeno, helio, nitrógeno, carbono, oxígeno, hierro, magnesio, silicio, calcio y sodio. .
¿Múltiples colores? Un patrón en el que la luz se divide mediante un sistema de dispersión y se organiza en secuencia según la longitud de onda. Por ejemplo, la luz solar se divide para formar un espectro de colores, que se distribuye continuamente en el orden de rojo, naranja, amarillo, verde, índigo y. violeta. Se ha acumulado un gran conocimiento sobre la estructura, el mecanismo, las propiedades del espectro y su aplicación en la investigación científica y la práctica de producción, y constituye una disciplina muy importante: la espectroscopia. La espectroscopia se utiliza ampliamente y cada átomo tiene su propio espectro único, que es tan variado como la huella digital de una persona. Forman varias líneas espectrales según ciertas reglas. Las propiedades del sistema de líneas espectrales atómicas están estrechamente relacionadas con la estructura atómica y son una base importante para estudiar la estructura atómica. El análisis espectral se puede realizar aplicando los principios y métodos experimentales de la espectroscopia. Cada elemento tiene su propia línea espectral de identificación única. Al comparar el espectro de líneas brillantes producidas por una determinada sustancia con las líneas espectrales identificadas de elementos conocidos, se puede saber de qué elementos están compuestas estas sustancias. Con la ayuda de la espectroscopia, no solo podemos analizar cualitativamente la composición química de una sustancia, sino también determinar el contenido de elementos. El análisis espectral tiene alta sensibilidad y precisión. En la exploración geológica, se pueden detectar trazas de metales preciosos, elementos raros o elementos radiactivos mediante análisis espectral. El análisis espectral es rápido y mejora enormemente la eficiencia del trabajo. El análisis espectral también se puede utilizar para estudiar la composición química de los cuerpos celestes y calibrar instrumentos estándar de longitud.
Un patrón en el que la luz policromática está separada por un sistema de dispersión (como prismas y rejillas) y dispuesta en orden de longitud de onda (o frecuencia).
Por ejemplo, la luz del sol pasa a través de un prisma para formar un espectro de colores, que se distribuye continuamente en el orden de rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. Del rojo al violeta, correspondiente al rango de longitud de onda de 0,77 a 0,39 micrones, es la parte visible que puede detectar el ojo humano. Más allá del extremo rojo hay luz infrarroja con longitudes de onda más largas, y más allá del extremo violeta hay luz ultravioleta con longitudes de onda más cortas, que no pueden percibirse a simple vista, pero pueden registrarse con instrumentos.
Por lo tanto, según las diferentes regiones de longitud de onda, el espectro se puede dividir en espectro infrarrojo, espectro visible y espectro ultravioleta; según las diferentes propiedades de generación, se puede dividir en espectro atómico y espectro molecular; Según los diferentes métodos de generación, se puede dividir en espectro de emisión, espectro de absorción y espectro de dispersión. Según la forma aparente del espectro, se puede dividir en espectro lineal, espectro de banda y espectro continuo.