طيف الامتصاص: الامتصاص الذري ، المرئي وفي الجزيئات

طيف الامتصاص هو نتاج تفاعل الضوء مع مادة أو مادة في أي من حالاتها الفيزيائية. لكن التعريف يتجاوز الضوء المرئي البسيط ، لأن التفاعل يشتمل على شريحة واسعة من مدى الأطوال الموجية وطاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي.

لذلك ، يمكن أن تمتص بعض المواد الصلبة أو السوائل أو الغازات الفوتونات من طاقات أو أطوال موجية مختلفة ؛ من الأشعة فوق البنفسجية ، تليها الضوء المرئي ، إلى الإشعاع أو ضوء الأشعة تحت الحمراء ، مذهلة في أطوال موجات الميكروويف.

لا تدرك العين البشرية سوى تفاعلات المادة مع الضوء المرئي. كما أنه قادر على التفكير في حيود الضوء الأبيض من خلال منشور أو وسيط في مكوناته الملونة (الصورة العلوية).

إذا تم "حبس" شعاع الضوء بعد انتقاله عبر مادة ما ، وتحليلها ، فستجد عدم وجود شرائط معينة من الألوان ؛ وهذا هو ، سيكون هناك خطوط سوداء تتناقض مع خلفيتها. هذا هو طيف الامتصاص ، وتحليله أساسي في الكيمياء التحليلية وعلم الفلك.

الامتصاص الذري

في الصورة العليا ، يظهر طيف امتصاص نموذجي للعناصر أو الذرات. لاحظ أن الأشرطة السوداء تمثل الأطوال الموجية الممتصة ، في حين أن الأشرطة الأخرى هي الأطوال المنبعثة. وهذا يعني أنه ، على العكس من ذلك ، فإن طيف الانبعاث الذري سيبدو كأنه شريط أسود به خطوط من الألوان المنبعثة.

ولكن ما هي هذه المشارب؟ كيف تعرف باختصار ما إذا كانت الذرات تمتص أو تنبعث (دون إدخال مضان أو فسفوري)؟ الإجابات تتراجع عن الحالات الإلكترونية المسموح بها للذرات.

التحولات والطاقات الإلكترونية

تستطيع الإلكترونات الابتعاد عن النواة تاركة الشحنة موجبة لأنها تنتقل من مدار طاقة أقل إلى مدار طاقة أعلى. للقيام بذلك ، أوضح فيزياء الكم ، تمتص الفوتونات من طاقة معينة لإجراء مثل هذا الانتقال الإلكتروني.

لذلك ، يتم تقدير كمية الطاقة ، ولن تمتص نصف أو ثلاثة أرباع الفوتون ، ولكن قيم التردد (ν) أو أطوال موجية محددة (λ).

بمجرد تحمس الإلكترون ، فإنه لا يبقى لفترة غير محدودة في حالة الطاقة الإلكترونية الأكبر ؛ يطلق الطاقة في شكل فوتون ، وتعود الذرة إلى حالتها القاعدية أو الأصلية.

اعتمادًا على ما إذا كان يتم تسجيل الفوتونات الممتصة ، سيكون هناك طيف امتصاص ؛ وإذا كانت الفوتونات المنبعثة مسجلة ، فستكون النتيجة طيف انبعاث.

يمكن ملاحظة هذه الظاهرة بشكل تجريبي إذا تم تسخين عينات غازية أو صغيرة من عنصر. في علم الفلك ، من خلال مقارنة هذه الأطياف ، يمكن معرفة تكوين النجم وحتى موقعه بالنسبة إلى الأرض.

الطيف المرئي

كما يمكن رؤيته في أول صورتين ، يشمل الطيف المرئي الألوان من البنفسجي إلى الأحمر وجميع ظلالها فيما يتعلق بمدى امتصاص المادة (الظلال الداكنة).

الأطوال الموجية للضوء الأحمر تتوافق مع قيم 650 نانومتر وما بعده (حتى تختفي في الأشعة تحت الحمراء). وعلى أقصى اليسار ، تغطي النغمات البنفسجية والأرجوانية قيم الأطوال الموجية التي تصل إلى 450 نانومتر. يتراوح الطيف المرئي من 400 إلى 700 نانومتر تقريبًا.

مع زيادة، ، يقل تواتر الفوتون ، وبالتالي ، في طاقته. وبالتالي ، فإن الضوء البنفسجي لديه طاقة أعلى (أطوال موجية أقصر) من الضوء الأحمر (أطوال موجية أطول). لذلك ، تتضمن المادة التي تمتص الضوء الأرجواني تحولات إلكترونية لطاقات أعلى.

وإذا كانت المادة تمتص اللون البنفسجي ، فما اللون الذي سيعكسه؟ سوف يظهر لونًا أصفر مخضرًا ، مما يعني أن إلكتروناتها تقوم بتحولات نشطة للغاية ؛ بينما إذا كانت المادة تمتص اللون الأحمر ، وانخفاض الطاقة ، فستعكس اللون الأخضر المزرق.

عندما تكون الذرة مستقرة جدًا ، فإنها عادة ما تقدم حالات إلكترونية بعيدة جدًا في الطاقة ؛ وبالتالي ، سوف تحتاج إلى امتصاص فوتونات ذات طاقة أعلى للسماح بالتحولات الإلكترونية:

طيف الامتصاص للجزيئات

تحتوي الجزيئات على ذرات ، وهي تمتص أيضًا الإشعاع الكهرومغناطيسي ؛ ومع ذلك ، فإن إلكتروناتها جزء من الرابطة الكيميائية ، لذلك تكون انتقالاتها مختلفة. أحد الانتصارات العظيمة لنظرية المداري الجزيئي هي القدرة على ربط أطياف الامتصاص بالتركيب الكيميائي.

وبالتالي ، فإن البُنى البسيطة والمزدوجة والثلاثية والمترافقة والعطرية لها حالاتها الإلكترونية الخاصة بها ؛ وبالتالي ، فإنها تمتص الفوتونات محددة جدا.

من خلال وجود العديد من الذرات ، بالإضافة إلى التفاعلات بين الجزيئات ، والاهتزازات في روابطها (التي تمتص الطاقة أيضًا) ، فإن أطياف الامتصاص للجزيئات تكون في شكل "جبال" ، والتي تشير إلى العصابات التي تتكون من أطوال موجية حيث تحدث التحولات الإلكترونية.

بفضل هذه الأطياف ، يمكن تمييز المركب وتحديده وحتى من خلال التحليل متعدد المتغيرات.

الميثيلين الأزرق

يظهر طيف مؤشر الميثيلين الأزرق في الصورة العليا. كما يشير اسمها بوضوح ، فهو أزرق. ولكن هل يمكن التحقق من ذلك باستخدام طيف الامتصاص الخاص به؟

لاحظ أن هناك نطاقات بين الأطوال الموجية 200 و 300 نانومتر. لا يوجد امتصاص ما بين 400 و 500 نانومتر ، أي أنه لا يمتص الألوان البنفسجية أو الزرقاء أو الخضراء.

ومع ذلك ، فإنه يحتوي على شريط امتصاص مكثف بعد 600 نانومتر ، وبالتالي ، لديه انتقالات إلكترونية منخفضة الطاقة تمتص فوتونات الضوء الأحمر.

وبالتالي ، وبالنظر إلى القيم العالية للامتصاصات المولية ، فإن لون الميثيلين الأزرق يظهر بلون أزرق كثيف.

الكلوروفيل أ و ب

كما هو موضح في الصورة ، يتوافق الخط الأخضر مع طيف الامتصاص للكلوروفيل أ ، بينما يتوافق الخط الأزرق مع خط الكلوروفيل ب.

أولاً ، يجب مقارنة النطاقات التي تكون فيها الامتدادات المولية أكبر ؛ في هذه الحالة ، تلك الموجودة على اليسار ، بين 400 و 500 نانومتر. الكلوروفيل يمتص الألوان الأرجواني المكثفة ، بينما الكلوروفيل (الخط الأزرق) يفعل ذلك باللون الأزرق.

عن طريق امتصاص الكلوروفيل ب حوالي 460 نانومتر ، الأزرق ، ينعكس اللون الأصفر. من ناحية أخرى ، تمتص بشكل مكثف بالقرب من 650 نانومتر ، الضوء البرتقالي ، مما يعني أنه يظهر اللون الأزرق. إذا تم خلط اللونين الأصفر والأزرق ، فما هي النتيجة؟ اللون الأخضر

وأخيراً ، يمتص الكلوروفيل اللون البنفسجي المزرق ، بالإضافة إلى ذلك ، ضوء أحمر بالقرب من 660 نانومتر. لذلك ، فإنه يظهر اللون الأخضر "خففت" باللون الأصفر.