Espectre d'emissió
El espectre d'emissió d'un element químic o compost químic és l'espectre de freqüèncias de radiació electromagnètica emesa degut a que un àtom o molècula realisa una transició d'un estat d'alta energia a un estat de menor energia.[1] l'energia fotònica emesa és igual a la diferència d'energia entre els dos estats. Existixen moltes transicions electròniques possibles per a cada àtom, i cada transició té una diferència d'energia específica. Esta colecció de diferents transicions, que conduïxen a diferents llongituts d'ona radiadas, conforma un espectre d'emissió. L'espectre d'emissió de cada element és únic. Per lo tant, l'espectroscòpia es pot utilisar per a identificar els elements en una mostra de composició desconeguda. De manera similar, els espectres d'emissió de molècules poden usar-se en l'anàlisis químic de substàncies.[2]
Emissió
[editar | editar còdic]En física, l'emissió és el procés pel qual una partícula en un estat mecànic quàntic de major energia es convertix a un estat de menor energia per mig de l'emissió d'un fotó, lo que resulta en la producció de llum.[3] La freqüència de la llum emesa és funció de l'energia de la transició. Ya que l'energia deu conservar-se, la diferència d'energia entre els dos estats és igual a l'energia transportada pel fotó.[4] Els estats energètics de les transicions poden produir emissions en un ampli ranc de freqüències. Per eixemple, la llum visible és emesa per l'acoplament d'estats electrònics en àtoms i molècules (fenomen denominat fluorescència o fosforescència). Per un atre costat, les transicions de la capa nuclear poden emetre rajos gamma d'alta energia, mentres que les transicions d'espin nuclear emeten ones de radi de baixa energia.[5]
l'emissió d'un objecte quantifica la cantitat de llum que emet. Esta propietat pot relacionar-se en atres propietats de l'objecte a través de la llei de Stefan-Boltzmann.[6] Per a la majoria de les substàncies, la cantitat d'emissió varia en la temperatura i la composició espectroscópica de l'objecte, lo que dona lloc als conceptes de temperatura de color i llínees d'emissió. Les medicions precises en múltiples llongituts d'ona permeten l'identificació d'una substància per mig d'espectroscòpia d'emissió.[7]
L'emissió de radiació es descriu típicament utilisant mecànica quàntica semiclásica: els nivells d'energia de les partícules i les seues espaciamientos es determinen a partir de la mecànica quàntica, i la llum es tracta com un camp elèctric oscilante que pot induir una transició si està en resonància en la freqüència natural del sistema. El problema de la mecànica quàntica s'aborda utilisant la teoria del destorbament depenent del temps i conduïx al resultat general conegut com la regla d'or de Fermi.[4] Esta descripció ha segut reemplaçada per l'electrodinàmica quàntica, encara que la versió semiclásica seguix sent més útil en càlculs pràctics.[8]
Orígens
[editar | editar còdic]Quan els electrons en l'àtom s'exciten (per eixemple, per mig de calfament), l'energia adicional desplaça els electrons a orbitales de major energia. Quan els electrons tornen a caure i abandonen l'estat excitat, l'energia es reemite en forma de fotó.[1] La llongitut d'ona (o la freqüència equivalent) del fotó està determinada per la diferència d'energia entre els dos estats. Estos fotons emesos constituïxen l'espectre de l'element.[9]
El fet de que solament apareguen certs colors en l'espectre d'emissió atòmica d'un element significa que solament s'emeten freqüències específiques de llum. Cada una d'estes freqüències està relacionada en l'energia per mig de la fòrmula:[10]
- ,
a on és l'energia del fotó, és el seu freqüència i és la constant de Planck.[11] Açò implica que l'àtom solament pot emetre fotons en energies específiques. El principi de l'espectre d'emissió atòmica explica la varietat de colors en els lletrers de neó, aixina com els resultats de les proves de flama químiques.[12]
Les freqüències de la llum que un àtom pot emetre depenen dels estats en els que es troben els electrons. Quan està excitat, un electró es mou a un nivell d'energia superior o orbital. Quan l'electró retorna al seu nivell fonamental (estat basal), s'emet llum.[13]
L'image superior mostra l'espectre d'emissió de llum visible per a l'hidrogen. Si solament estiguera present un sol àtom d'hidrogen, llavors solament s'observaria una llongitut d'ona en un instant donat. S'observen vàries de les possibles emissions perque la mostra conté molts àtoms d'hidrogen que es troben en diferents estats d'energia inicials i alcancen diferents estats d'energia finals. Estes diferents combinacions conduïxen a emissions simultànees en diferents llongituts d'ona.[14]
Radiació de les molècules
[editar | editar còdic]Ademés de les transicions electròniques discutides anteriorment, l'energia d'una molècula també pot canviar a través de transicions rotacionales, vibracionales i vibrónicas (combinades vibracionales i electròniques).[2] Estes transicions d'energia a sovint conduïxen a grups molt espayats de moltes llínees espectrals diferents, conegudes com bandes espectrals. Els espectres de bandes no resoltes poden aparéixer com un continu espectral.[15]
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ 1,0 1,1 Demtröder, Wolfgang (2010). «Chapter 8: Atomic Spectra», Atoms, Molecules and Photons: An Introduction to Atomic-, Molecular- and Quàntum Physics, 2.ª edició, Berlin: Springer, pp. 195-220. ISBN 978-3-642-10297-4.
- ↑ 2,0 2,1 Herzberg, Gerhard (1945). Molecular Spectra and Molecular Structure: Spectra of Diatomic Molecules, 2.ª edició, New York: Van Nostrand Reinhold, pp. 135-168. ISBN 978-0-442-03394-1.
- ↑ Eisberg, Robert; Resnick, {{{nom2}}} (1985). «Chapter 9: Atomic Structure and the Periodic Table», Quàntum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles, 2.ª edició, New York: John Wiley & Sons, pp. 366-375. ISBN 978-0-471-87373-0.
- ↑ 4,0 4,1 Griffiths, David J. (2005). «Chapter 9: Clave-Dependent Perturbation Theory», Introduction to Quàntum Mechanics, 2.ª edició, Upper Saddle River, NJ: Pearson Prentice Hall, pp. 306-315. ISBN 978-0-13-111892-8.
- ↑ Krane, Kenneth S. (1988). «Chapter 10: Gamma Decay», Introductory Nuclear Physics, New York: John Wiley & Sons, pp. 361-380. ISBN 978-0-471-80553-3.
- ↑ Rybicki, George B.; Lightman, {{{nom2}}} (2004). «Chapter 2: Radiative Transfer», Radiative Processes in Astrophysics, Weinheim: John Wiley & Sons, pp. 17-35. ISBN 978-0-471-82759-7.
- ↑ Svanberg, Sune (2004). «Chapter 6: Spectroscopic Applications», Atomic and Molecular Spectroscopy: Basic Aspects and Practical Applications, 4.ª edició, Berlin: Springer, pp. 145-175. ISBN 978-3-540-20382-7.
- ↑ Feynman, Richard P.; Hibbs, {{{nom2}}} (1965). Quàntum Electrodynamics, New York: McGraw-Hill, pp. 200-215. ISBN 9780805325010.
- ↑ «Atomic Spectra Database» (en en). National Institute of Standards and Technology (NIST). U.S. Department of Commerce. Consultat el 2026-06-14.
- ↑ (1905).Annalen der Physik.17(6)
- 132-148.doi:10.1002/andp.19053220607.
- ↑ (1901).Annalen der Physik.4(3)
- 553-563.doi:10.1002/andp.19013090310.
- ↑ Skoog, Douglas A.; Holler, {{{nom2}}}; Crouch, {{{nom3}}} (2007). «Chapter 8: Atomic Emission Spectrometry», Principles of Instrumental Analysis, 6.ª edició, Belmont, CA: Thomson Brooks/Cole, pp. 215-245. ISBN 978-0-495-01201-6.
- ↑ (1913).Philosophical Magazine.26(151)
- 1-25.doi:10.1080/14786441308634955.
- ↑ «Hydrogen Spectral Lines» (en en). NIST Atomic Spectra Database. National Institute of Standards and Technology. Consultat el 2026-06-14.
- ↑ Herzberg, Gerhard (1945). Molecular Spectra and Molecular Structure: Infrared and Raman Spectra of Polyatomic Molecules, New York: Van Nostrand, pp. 1-30. ISBN 978-0-442-03396-5.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Espectro de emisión» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.