Pojdi na vsebino

Spektralna črta

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Continuous spectrum
Zvezni spekter
Emisijske črte
Emisijske črte (diskretni spekter)
Absorbcijske črte
Absobcijske črte (diskretni spekter)
Absorpcijske črte za zrak pri posredni osvetlitvi, pri čemer neposredni vir svetlobe ni viden, tako da plin ni neposredno med virom in detektorjem. Vidne so Fraunhoferjeve črte v sončni svetlobi in Rayleighovo sipanje. Posnetek je spekter modrega neba nekoliko blizu obzorja, ki gleda proti vzhodu s soncem na zahodu na jasen dan okoli 15.00–16.00 ure.

Spektralna črta je šibkejše ali močnejše območje v sicer enakomernem in zveznem spektru svetlobe. Spektralna črta je lahko posledica oddajanja ali absorpcije svetlobe v ozkem frekvenčnem območju v primerjavi z bližnjimi frekvencami. Spektralne črte se pogosto uporabljajo za identifikacijo atomov in molekul. Te "prstne odtise" je mogoče primerjati s predhodno zbranimi "prstnimi odtisi" izbranih atomov[1] in molekul [2] in jih uporabiti za identifikacijo atomskih in molekularnih komponent zvezd in planetov, kar bi bilo sicer nemogoče.

Vrste črtastih spektrov

[uredi | uredi kodo]
Zvezni spekter žarnice (sredina) in fluorescentne sijalke (spodaj)

Spektralna črta je rezultat interakcije med fotonom in kvantnim sistemom, običajno atoma, včasih tudi molekule ali atomskega jedra. Če ima foton približno pravo količino energije, ki je povezana z njegovo frekvenco,[3] da omogoči spremembo energijskega stanja sistema, v primeru atoma je to običajno elektron, ki spreminja orbitale, se foton absorbira. Ko se absorbirana energija zatem spontano odda, bodisi kot foton na isti frekvenci kot prvotni bodisi kot kaskada, v kateri je vsota energij oddanih fotonov enaka energiji absorbiranega fotona, ob predpostavki, da sistem vrne v prvotno stanje.

Spektralne črte so zelo specifične za atome in jih je mogoče uporabiti za identifikacijo kemične sestave katerega koli medija. Več elementov, vključno s helijem, talijem in cezijem, je bilo odkritih ravno s spektroskopijo. Spektralne črte so odvisne tudi od temperature in gostote materiala, zato se pogosto uporabljajo za določanje fizičnih pogojev zvezd in drugih nebesnih teles, ki jih ni mogoče analizirati z drugimi sredstvi.

Spekter elektromagnetnega valovanja ima razpon od žarkov gama s frekvenco 3×1020 Hz in valovno dolžino 10-12 m do radijskih valov s frekvenco 3×105 Hz in valovno dolžino 1 km.

Označevanje

[uredi | uredi kodo]

Krepke spektralne črte v vidnem delu elektromagnetnega spektra imajo pogosto edinstveno oznako Fraunhoferjeve črte, kot je na primer K za črto z valovno dolžino 393,366 nm, ki izhaja iz enojno ioniziranega kalcijevega atoma Ca+. Nekatere Fraunhoferjeve črte so mešanice črt več različnih atomov.

V drugih primerih so črte označene glede na stopnjo ionizacije tako, da se oznaki kemičnega elementa doda rimska številka. Nevtralni atomi se označujejo z rimsko številko I, ionizirani atomi pa z II itd.:

Cu II — bakrov ion z nabojem +1, Cu1+
Fe III — železov ion z nabojem +2, Fe2+

Podrobnejše oznake običajno vključujejo valovno dolžino črte in lahko vključujejo multipletno število (za atomske črte) ali oznako pasu (za molekularne črte). Številne spektralne črte atomskega vodika imajo tudi oznake znotraj njegovih ustreznih serij, kot sta Lymanova serija ali Balmerjeva serija. Prvotno so bile vse spektralne črte razvrščene v glavno, ostro in difuzno serijo. Te serije obstajajo v atomih vseh elementov. Njihovi vzorci so za vse atome dobro predvideni z Rydberg-Ritzovo formulo. Te serije so kasneje povezali s podorbitalami.

Širjenje in premikanje črt

[uredi | uredi kodo]

Oblika spektralne črte je odvisna od več vplivov. Spektralna črta se razteza preko ozkega spektralnega pasu z razponom frekvenc, različnim od nič, in ne ene same frekvence. Njeno središče se lahko premakne z nominalne osrednje valovne dolžine. Razlogov za širjenje in premikanje je več. Razloge je mogoče razdeliti v dve splošni kategoriji – širjenje zaradi lokalnih razmer in širjenje zaradi razširjenih pogojev. Razširitev zaradi lokalnih pogojev je posledica učinkov, ki veljajo v majhnem območju okoli oddajnega elementa, običajno dovolj majhnem, da zagotovi lokalno termodinamično ravnovesje. Razširitev zaradi razširjenih pogojev je lahko posledica vplivov na poti od vira do opazovalca, na primer združevanja sevanj iz več med seboj oddaljenih virov.

Spektralne črte kemičnih elementov

[uredi | uredi kodo]

Pasovi

[uredi | uredi kodo]

Če besedna zveza "spektralne črte" ni kvalificirana, se običajno nanaša na črte z valovno dolžino v vidnem pasu celotnega elektromagnetnega spektra. Veliko spektralnih črt je na valovnih dolžinah izven tega območja. Črte s krajšimi valovnimi dolžinami, ki ustrezajo višjim energijam, so v ultravijoličnem delu spektra. Mednje spadajo na primer spektralne črte Lymanove serije vodika. Črte s še krajšimi valovnimi dolžinami v pasu rentgenskih žarkov ostanejo za dani kemični element večinoma nespremenjene in so neodvisne od njihovega kemičnega okolja. Daljše valovne dolžine ustrezajo nižjim energijam. Med infrardeče spektralne črte spada na primer Pashenova serija vodika. Pri še daljših valovnih dolžinah vključuje radijski spekter 21-cm črto, ki se uporablja za zaznavanje nevtralnega vodika v celotnem vesolju.

Vidna svetloba

[uredi | uredi kodo]

Vsi elementi v naslednji preglednici imajo spektralne črte v vidnem spektru pri valovnih dolžinah okoli 400-700 nm.

Spektralne črte kemičnih elementov
Element Z Simbol Spektralne črte
vodik 1 H
helij 2 He
litij 3 Li
berilij 4 Be
bor 5 B
ogljik 6 C
dušik 7 N
kisik 8 O
fluor 9 F
neon 10 Ne
natrij 11 Na
magnezij 12 Mg
aluminij 13 Al
silicij 14 Si
fosfor 15 P
žveplo 16 S
klor 17 Cl
argon 18 Ar
kalij 19 K
kalcij 20 Ca
skandij 21 Sc
titan 22 Ti
vanadij 23 V
krom 24 Cr
mangan 25 Mn
železo 26 Fe
kobalt 27 Co
nikelj 28 Ni
baker 29 Cu
cink 30 Zn
galij 31 Ga
germanij 32 Ge
arzen 33 As
selen 34 Se
brom 35 Br
kripton 36 Kr
rubidij 37 Rb
stroncij 38 Sr
itrij 39 Y
cirkonij 40 Zr
niobij 41 Nb
molibden 42 Mo
tehnecij 43 Tc
rutenij 44 Ru
rodij 45 Rh
paladij 46 Pd
srebro 47 Ag
kadmij 48 Cd
indij 49 In
kositer 50 Sn
antimon 51 Sb
telur 52 Te
jod 53 I
ksenon 54 Xe
cezij 55 Cs
barij 56 Ba
lantan 57 La
cerij 58 Ce
prazeodim 59 Pr
neodim 60 Nd
prometij 61 Pm
samarij 62 Sm
evropij 63 Eu
gadolinij 64 Gd
terbij 65 Tb
disprozij 66 Dy
holmij 67 Ho
erbij 68 Er
tulij 69 Tm
iterbij 70 Yb
lutecij 71 Lu
hafnij 72 Hf
tantal 73 Ta
volfram 74 W
renij 75 Re
osmij 76 Os
iridij 77 Ir
platina 78 Pt
zlato 79 Au
živo srebro 80 Hg
talij 81 Tl
svinec 82 Pb
bizmut 83 Bi
polonij 84 Po
astat 85 At
radon 86 Rn
francij 87 Fr
radij 88 Ra
aktinij 89 Ac
torij 90 Th
protaktinij 91 Pa
uran 92 U
neptunij 93 Np
plutonij 94 Pu
americij 95 Am
kirij 96 Cm
berkelij 97 Bk
kalifornij 98 Cf
ajnštajnij 99 Es
fermium–oganesson 101–118 Fm–Og

Sklici

[uredi | uredi kodo]
  1. Kramida, Alexander; Ralchenko, Yuri (1999), NIST Atomic Spectra Database, NIST Standard Reference Database 78, National Institute of Standards and Technology, pridobljeno 27. junija 2021
  2. Rothman, L.S.; Gordon, I.E.; Babikov, Y.; Barbe, A.; Chris Benner, D.; Bernath, P.F.; Birk, M.; Bizzocchi, L.; Boudon, V.; Brown, L.R.; Campargue, A.; Chance, K.; Cohen, E.A.; Coudert, L.H.; Devi, V.M.; Drouin, B.J.; Fayt, A.; Flaud, J.-M.; Gamache, R.R.; Harrison, J.J.; Hartmann, J.-M.; Hill, C.; Hodges, J.T.; Jacquemart, D.; Jolly, A.; Lamouroux, J.; Le Roy, R.J.; Li, G.; Long, D.A.; in sod. (2013). »The HITRAN2012 molecular spectroscopic database«. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 130: 4–50. Bibcode:2013JQSRT.130....4R. doi:10.1016/j.jqsrt.2013.07.002. ISSN 0022-4073.
  3. Einstein, Albert (1905). On a Heuristic Viewpoint Concerning the Production and Transformation of Light.