Back to chapter

7.6:

ספקטרום פליטה

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Emission Spectra

Languages

Share

כשאטום סופג אנרגיה, האלקטרונים מעוררים ועוברים לרמת אנרגיה גבוהה יותר. כשהאלקטרונים נרגעים ויורדים למצב אנרגיה נמוך יותר או למצב יסוד, עודף האנרגיה משתחרר כפוטון. אורך הגל של האור הנספג ונפלט תלוי בהפרש בין רמות האנרגיה הגבוהות והנמוכות.אור הנפלט באנרגיה גבוהה נובע מאלקטרונים שיורדים מרמת אנרגיה גבוהה יותר, ואור הנפלט באנרגיה נמוכה נובע מאלקטרונים היורדים מרמת אנרגיה נמוכה יותר. ספקטרום פליטה הוא מדד לקרינה הנפלטת על פני טווח של אורכי גל. עבור יסודות טהורים, התנהגות הפליטה מופיעה כקווים באורכי גל מסוימים ולא כספקטרום רחב.זהו ספקטרום הפליטה של מימן. מערך קווי הספקטרום באזור האור הנראה הלבן ידועה כסדרת בלמר. התופעה מתרחשת כשאלקטרונים עוברים מרמת אנרגיה גבוהה יותר מ-n 3 חזרה למטה, ל-n 2.ספקטרום האור הנראה מופיע כקווים ספקטרליים ב-410, 434, 486 ו-656 ננומטר, התואמים למעברים ברמת האנרגיה מ-n=3, 4, 5 ו-6 בהתאמה ל-n 2. קווי ספקטרום נוספים יכולים להימדד מחוץ לטווח הנראה, כמו למשל סדרת לימן באזור UV וסדרת פאשן באזור האינפרא אדום. את אורכי הגל של קווי הספקטרום עבור מימן ניתן לחזות באמצעות ביטוי מתמטי, שבו R-H הוא קבוע ריידברג, n1 הוא המספר הקוונטי העיקרי של רמת האנרגיה הנמוכה יותר ו-n2 הוא המספר הקוונטי העיקרי לרמת האנרגיה הגבוהה יותר.בסדרת בלמר, n1 2. כיוון שלאטומים שונים יש רמות אנרגיה שונות, קווי הפליטה הספקטרלית משתנים מיסוד ליסוד ומשמשים לזיהוי חומרים. ההפך מספקטרום פליטה הוא ספקטרום הבליעה של היסוד.לדוגמה, הקווים בספקטרום הבליעה של מימן ממוקמים באותם אורכי גל של ספקטרום הפליטה שלו, אבל הם כהים. אלה הם אורכי הגל של האור הנספגים באטום מימן כאשר הוא נחשף לספקטרום רציף של אור לבן.

7.6:

ספקטרום פליטה

When solids, liquids, or condensed gases are heated sufficiently, they radiate some of the excess energy as light. Photons produced in this manner have a range of energies, and thereby produce a continuous spectrum in which an unbroken series of wavelengths is present.

In contrast to continuous spectra, light can also occur as discrete or line spectra having very narrow linewidths interspersed throughout the spectral regions. Exciting a gas at low partial pressure using an electrical current, or heating it, will produce line spectra. Fluorescent light bulbs and neon signs operate in this way. Each element displays its own characteristic set of lines, as do molecules, although their spectra are generally much more complicated.

Each emission line consists of a single wavelength of light, which implies that the light emitted by a gas consists of a set of discrete energies. For example, when an electric discharge passes through a tube containing hydrogen gas at low pressure, the H2 molecules are broken apart into separate H atoms and a blue-pink color is observed. Passing the light through a prism produces a line spectrum, indicating that this light is composed of photons of four visible wavelengths.

The origin of discrete spectra in atoms and molecules was extremely puzzling to scientists in the late nineteenth century. According to classical electromagnetic theory, only continuous spectra should be observed. Other discrete lines for the hydrogen atom were found in the UV and IR regions. Johannes Rydberg generalized Balmer's work and developed an empirical formula that predicted all of hydrogen's emission lines, not just those restricted to the visible range, where, n1 and n2 are integers, n1 < n2

Eq1

Even in the late nineteenth century, spectroscopy was a very precise science, and so the wavelengths of hydrogen were measured to very high accuracy, which implied that the Rydberg constant could be determined very precisely as well. That such a simple formula as the Rydberg formula could account for such precise measurements seemed astounding at the time, but it was the eventual explanation for emission spectra by Neils Bohr in 1913 that ultimately convinced scientists to abandon classical physics and spurred the development of modern quantum mechanics.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 3.1: Electromagnetic Energy.