SPEKTRUM PENYERAPAN: PENYERAPAN ATOM, KELIHATAN DAN MOLEKUL - KIMIA - 2026

An spektrum penyerapan adalah bahawa produk interaksi cahaya dengan bahan atau bahan dalam mana-mana negeri fizikalnya. Tetapi definisi itu melampaui cahaya yang mudah dilihat, kerana interaksinya merangkumi segmen luas panjang gelombang dan tenaga radiasi elektromagnetik.

Oleh itu, sebilangan pepejal, cecair atau gas, dapat menyerap foton dengan pelbagai tenaga atau panjang gelombang; dari sinaran ultraviolet, diikuti oleh cahaya yang terlihat, hingga radiasi inframerah atau cahaya, melangkah ke gelombang gelombang gelombang mikro.

Sumber: Circe Denyer melalui PublicDomainPictures

Mata manusia hanya melihat interaksi jirim dengan cahaya yang dapat dilihat. Begitu juga, ia dapat merenungkan pengecutan cahaya putih melalui prisma atau medium dalam komponen berwarna (gambar atas).

Sekiranya sinar cahaya "ditangkap" setelah melalui bahan, dan dianalisis, ketiadaan jalur berwarna tertentu akan dijumpai; iaitu, garis-garis hitam akan dilihat berbeza dengan latar belakangnya. Ini adalah spektrum penyerapan, dan analisisnya adalah asas dalam kimia analitik instrumental dan astronomi.

Penyerapan atom

Sumber: Almuazi, dari Wikimedia Commons

Gambar atas menunjukkan spektrum penyerapan khas untuk unsur atau atom. Perhatikan bahawa jalur hitam mewakili panjang gelombang yang diserap, sementara yang lain adalah gelombang yang dipancarkan. Ini bermaksud, sebaliknya, spektrum pelepasan atom akan kelihatan seperti jalur hitam dengan garis-garis warna yang dipancarkan.

Tetapi apakah garis-garis ini? Bagaimana untuk mengetahui secara ringkas apakah atom menyerap atau mengeluarkan (tanpa memperkenalkan pendarfluor atau fosforensi)? Jawapannya terletak pada keadaan elektronik atom yang dibenarkan.

Peralihan dan tenaga elektronik

Elektron dapat menjauh dari nukleus meninggalkannya bercas positif semasa mereka beralih dari orbit tenaga yang lebih rendah ke tenaga yang lebih tinggi. Untuk ini, dijelaskan oleh fizik kuantum, mereka menyerap foton tenaga tertentu untuk melakukan peralihan elektronik tersebut.

Oleh itu, tenaga dikuantisasi, dan mereka tidak akan menyerap setengah atau tiga perempat foton, melainkan nilai frekuensi tertentu (ν) atau panjang gelombang (λ).

Setelah elektron teruja, ia tidak akan kekal untuk masa yang tidak terhad dalam keadaan elektronik dengan tenaga yang lebih tinggi; ia membebaskan tenaga dalam bentuk foton, dan atom kembali ke tanah atau keadaan asalnya.

Bergantung pada sama ada foton yang diserap direkodkan, spektrum penyerapan akan diperoleh; dan jika foton yang dipancarkan direkodkan, hasilnya akan menjadi spektrum pelepasan.

Fenomena ini dapat dilihat secara eksperimen sekiranya sampel unsur atau gas atom dipanaskan. Dalam astronomi, dengan membandingkan spektrum ini, komposisi bintang dapat diketahui, dan bahkan lokasinya yang relatif dengan Bumi.

Spektrum yang dapat dilihat

Seperti yang dapat dilihat dalam dua gambar pertama, spektrum yang dapat dilihat merangkumi warna dari ungu hingga merah dan semua warna mereka mengenai seberapa banyak bahan menyerap (warna gelap).

Panjang gelombang cahaya merah sesuai dengan nilai dari 650 nm dan seterusnya (sehingga hilang dalam sinaran inframerah). Dan di kiri kiri, nada ungu dan ungu merangkumi nilai panjang gelombang hingga 450 nm. Spektrum yang kelihatan kemudian berkisar antara 400 hingga 700 nm lebih kurang.

Apabila λ meningkat, frekuensi foton berkurang, dan oleh itu tenaganya. Oleh itu, cahaya violet mempunyai tenaga yang lebih tinggi (panjang gelombang yang lebih pendek) daripada cahaya merah (panjang gelombang yang lebih panjang). Oleh itu, bahan yang menyerap cahaya ungu melibatkan peralihan elektronik tenaga yang lebih tinggi.

Dan jika bahan menyerap warna ungu, warna apa yang akan dipantulkannya? Ia akan kelihatan kuning kehijauan, yang bermaksud bahawa elektronnya melakukan peralihan yang sangat bertenaga; Walaupun jika bahan menyerap warna merah tenaga yang lebih rendah, ia akan mencerminkan warna hijau kebiruan.

Apabila atom sangat stabil, secara amnya ia mempamerkan keadaan elektronik yang sangat jauh; dan oleh itu anda perlu menyerap foton tenaga yang lebih tinggi untuk membolehkan peralihan elektronik:

Sumber: Gabriel Bolívar

Spektrum penyerapan molekul

Molekul mempunyai atom, dan ini juga menyerap sinaran elektromagnetik; bagaimanapun, elektron mereka adalah sebahagian daripada ikatan kimia, jadi peralihannya berbeza. Salah satu kejayaan besar teori orbital molekul adalah kemampuannya mengaitkan spektrum penyerapan dengan struktur kimia.

Oleh itu, ikatan tunggal, dua, tiga, konjugasi, dan struktur aromatik, mempunyai keadaan elektronik mereka sendiri; dan oleh itu mereka menyerap foton yang sangat spesifik.

Dengan mempunyai beberapa atom, selain interaksi antar molekul, dan getaran ikatannya (yang juga menyerap tenaga), spektrum penyerapan molekul mempunyai bentuk "gunung", yang menunjukkan jalur yang terdiri daripada panjang gelombang di mana peralihan elektronik berlaku.

Berkat spektrum ini, sebatian dapat dicirikan, dikenal pasti, dan bahkan, melalui analisis multivariat, diukur.

Biru metilena

Sumber: Wnt, dari Wikimedia Commons

Gambar atas menunjukkan spektrum penunjuk biru metilena. Seperti namanya jelas menunjukkan, ia berwarna biru; tetapi bolehkah ia diperiksa dengan spektrum penyerapannya?

Perhatikan bahawa terdapat jalur antara panjang gelombang 200 dan 300 nm. Di antara 400 dan 500 nm hampir tidak ada penyerapan, iaitu, ia tidak menyerap warna ungu, biru, atau hijau.

Walau bagaimanapun, ia mempunyai jalur penyerapan yang kuat setelah 600 nm, dan oleh itu mempunyai peralihan elektronik tenaga rendah yang menyerap foton cahaya merah.

Oleh itu, dan memandangkan nilai daya serap molar yang tinggi, biru metilena menunjukkan warna biru yang kuat.

Klorofil a dan b

Sumber: Serge Helfrich, dari Wikimedia Commons

Seperti yang dapat dilihat pada gambar, garis hijau sesuai dengan spektrum penyerapan klorofil a, sementara garis biru sesuai dengan klorofil b.

Pertama, jalur di mana daya serap molar paling besar mesti dibandingkan; dalam kes ini, mereka di sebelah kiri, antara 400 dan 500 nm. Klorofil menyerap warna ungu dengan kuat, sementara klorofil b (garis biru) menyerap warna biru.

Dengan menyerap klorofil b sekitar 460 nm, warna biru, kuning dipantulkan. Sebaliknya, ia juga menyerap dengan kuat hampir 650 nm, cahaya oren, yang bermaksud bahawa ia menunjukkan warna biru. Sekiranya campuran kuning dan biru, apakah hasilnya? Warna hijau.

Dan akhirnya, klorofil menyerap warna biru-ungu, dan juga cahaya merah dekat 660 nm. Oleh itu, ia mempamerkan warna hijau "dilembutkan" oleh kuning.

Rujukan

1. Observatoire de Paris. (sf). Kelas spektrum yang berbeza. Dipulihkan dari: media4.obspm.fr
2. Kampus Universiti Rabanales. (sf). Spektrofotometri: Spektrum penyerapan dan pengukuran biomolekul kolorimetri. . Dipulihkan dari: uco.es
3. Day, R., & Underwood, A. (1986). Kimia Analitik Kuantitatif (edisi kelima). PEARSON, Prentice Hall, hlm 461-464.
4. Reush W. (nd). Spektroskopi Terlihat dan Ultraviolet. Dipulihkan dari: 2.chemistry.msu.edu
5. David Darling. (2016). Spektrum Penyerapan. Dipulihkan dari: daviddarling.info
6. Akademi Khan. (2018). Garisan penyerapan / pelepasan. Dipulihkan dari: khanacademy.org