- الامتصاص الذري
- التحولات والطاقات الإلكترونية
- الطيف المرئي
- طيف امتصاص الجزيئات
- الميثيلين الأزرق
- الكلوروفيل أ و ب
- المراجع
ل طيف الامتصاص هو أن نتاج تفاعل الضوء مع مادة أو مادة في أي من الدول المادية. لكن التعريف يتجاوز الضوء المرئي البسيط ، لأن التفاعل يشمل قطاعًا واسعًا من نطاق الأطوال الموجية وطاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي.
لذلك ، يمكن لبعض المواد الصلبة أو السوائل أو الغازات امتصاص فوتونات ذات طاقات أو أطوال موجية مختلفة ؛ من الأشعة فوق البنفسجية ، يليها الضوء المرئي ، إلى الأشعة تحت الحمراء أو الضوء ، والدخول في أطوال موجات الميكروويف.
المصدر: Circe Denyer عبر PublicDomainPictures
تدرك العين البشرية فقط تفاعلات المادة مع الضوء المرئي. وبالمثل ، فهو قادر على تأمل انعراج الضوء الأبيض من خلال منشور أو وسط في مكوناته الملونة (الصورة العلوية).
إذا تم "التقاط" شعاع الضوء بعد انتقاله عبر مادة ما وتحليله ، فسيتم العثور على عدم وجود مجموعات معينة من الألوان ؛ أي ، ستلاحظ خطوط سوداء متناقضة مع خلفيتها. هذا هو طيف الامتصاص ، وتحليله أساسي في الكيمياء التحليلية وعلم الفلك.
الامتصاص الذري
المصدر: الموازي ، من ويكيميديا كومنز
تُظهر الصورة العلوية طيف امتصاص نموذجي للعناصر أو الذرات. لاحظ أن العصابات السوداء تمثل الأطوال الموجية الممتصة ، بينما الأطوال الموجية الأخرى هي تلك المنبعثة. وهذا يعني أنه على النقيض من ذلك ، فإن طيف الانبعاث الذري سيبدو مثل شريط أسود به خطوط من الألوان المنبعثة.
لكن ما هي هذه الخطوط؟ كيف تعرف باختصار ما إذا كانت الذرات تمتص أم تنبعث (دون إدخال الفلورة أو الفسفور)؟ تكمن الإجابات في الحالات الإلكترونية المسموح بها للذرات.
التحولات والطاقات الإلكترونية
الإلكترونات قادرة على الابتعاد عن النواة تاركة إياها موجبة الشحنة أثناء انتقالها من مدار طاقة أقل إلى مدار طاقة أعلى. لهذا السبب ، الذي أوضحه فيزياء الكم ، يمتصون فوتونات طاقة معينة لتنفيذ الانتقال الإلكتروني المذكور.
لذلك ، يتم تحديد كمية الطاقة ، ولن تمتص نصف أو ثلاثة أرباع الفوتون ، ولكن قيم تردد محددة (ν) أو أطوال موجية (λ).
بمجرد إثارة الإلكترون ، لا يبقى لفترة غير محدودة في الحالة الإلكترونية ذات الطاقة الأعلى ؛ يطلق الطاقة على شكل فوتون ، وتعود الذرة إلى أرضيتها أو حالتها الأصلية.
اعتمادًا على تسجيل الفوتونات الممتصة ، سيتم الحصول على طيف امتصاص ؛ وإذا تم تسجيل الفوتونات المنبعثة ، فستكون النتيجة طيف انبعاث.
يمكن ملاحظة هذه الظاهرة تجريبياً إذا تم تسخين العينات الغازية أو الصغيرة لعنصر ما. في علم الفلك ، بمقارنة هذه الأطياف ، يمكن معرفة تكوين النجم ، وحتى موقعه بالنسبة إلى الأرض.
الطيف المرئي
كما يتضح من الصورتين الأوليين ، فإن الطيف المرئي يتضمن ألوانًا من البنفسجي إلى الأحمر وجميع ظلالها فيما يتعلق بكمية المادة الممتصة (الظلال الداكنة).
تتوافق الأطوال الموجية للضوء الأحمر مع القيم من 650 نانومتر فصاعدًا (حتى تختفي في الأشعة تحت الحمراء). وفي أقصى اليسار ، تغطي درجات اللون البنفسجي والأرجواني قيم أطوال موجية تصل إلى 450 نانومتر. ثم يتراوح الطيف المرئي من 400 إلى 700 نانومتر تقريبًا.
كلما زاد ، يتناقص تردد الفوتون ، وبالتالي تقل طاقته. وبالتالي ، فإن الضوء البنفسجي لديه طاقة أعلى (أطوال موجية أقصر) من الضوء الأحمر (أطوال موجية أطول). لذلك ، فإن المادة التي تمتص الضوء الأرجواني تنطوي على انتقالات إلكترونية لطاقات أعلى.
وإذا امتصت المادة اللون البنفسجي ، فما اللون الذي ستعكسه؟ سيظهر أصفر مخضر ، مما يعني أن إلكتروناته تقوم بتحولات نشطة للغاية ؛ بينما إذا كانت المادة تمتص اللون الأحمر ذو الطاقة المنخفضة ، فسوف تعكس اللون الأخضر المزرق.
عندما تكون الذرة مستقرة جدًا ، فإنها تظهر عمومًا حالات إلكترونية بعيدة جدًا في الطاقة ؛ وبالتالي سوف تحتاج إلى امتصاص فوتونات طاقة أعلى للسماح بالتحولات الإلكترونية:
المصدر: غابرييل بوليفار
طيف امتصاص الجزيئات
تحتوي الجزيئات على ذرات ، وهي تمتص أيضًا الإشعاع الكهرومغناطيسي ؛ ومع ذلك ، فإن إلكتروناتهم هي جزء من الرابطة الكيميائية ، لذلك تختلف انتقالاتهم. تتمثل إحدى الانتصارات العظيمة لنظرية المدار الجزيئي في قدرتها على ربط أطياف الامتصاص بالتركيب الكيميائي.
وهكذا ، فإن الروابط المفردة ، المزدوجة ، الثلاثية ، المترافقة ، والهياكل العطرية ، لها حالاتها الإلكترونية الخاصة ؛ وبالتالي فهي تمتص فوتونات محددة جدًا.
من خلال وجود العديد من الذرات ، بالإضافة إلى التفاعلات بين الجزيئات ، واهتزازات روابطها (التي تمتص الطاقة أيضًا) ، يكون لأطياف الامتصاص للجزيئات شكل "الجبال" ، والتي تشير إلى العصابات التي تتكون منها الأطوال الموجية تحدث التحولات الإلكترونية.
بفضل هذه الأطياف ، يمكن تمييز المركب وتحديده ، وحتى من خلال التحليل متعدد المتغيرات ، تحديد كميته.
الميثيلين الأزرق
المصدر: Wnt ، من ويكيميديا كومنز
تُظهر الصورة العلوية طيف مؤشر الميثيلين الأزرق. كما يشير اسمها بوضوح ، فهي زرقاء اللون ؛ ولكن هل يمكن التحقق من طيف الامتصاص؟
لاحظ أن هناك نطاقات بين أطوال موجية 200 و 300 نانومتر. بين 400 و 500 نانومتر ، لا يوجد امتصاص تقريبًا ، أي أنه لا يمتص الألوان البنفسجية أو الزرقاء أو الخضراء.
ومع ذلك ، فإن لها نطاق امتصاص قوي بعد 600 نانومتر ، وبالتالي لديها انتقالات إلكترونية منخفضة الطاقة تمتص فوتونات الضوء الأحمر.
وبالتالي ، وبالنظر إلى القيم العالية للامتصاصية المولية ، يظهر الميثيلين الأزرق لونًا أزرق كثيفًا.
الكلوروفيل أ و ب
المصدر: سيرج هيلفريتش ، من ويكيميديا كومنز
كما يتضح في الصورة ، يتوافق الخط الأخضر مع طيف امتصاص الكلوروفيل أ ، بينما يتوافق الخط الأزرق مع الكلوروفيل ب.
أولاً ، يجب مقارنة النطاقات التي تكون فيها الامتصاصيات المولية أكبر ؛ في هذه الحالة ، تلك الموجودة على اليسار ، بين 400 و 500 نانومتر. الكلوروفيل أ يمتص الألوان الأرجواني بقوة ، بينما الكلوروفيل ب (الخط الأزرق) يمتص الألوان الزرقاء.
عن طريق امتصاص الكلوروفيل ب حوالي 460 نانومتر ، ينعكس اللون الأزرق والأزرق. من ناحية أخرى ، فإنه يمتص أيضًا بقوة قريبة من 650 نانومتر ، ضوء برتقالي ، مما يعني أنه يعرض اللون الأزرق. إذا اختلط اللون الأصفر والأزرق ، فما النتيجة؟ اللون الاخضر.
وأخيرًا ، يمتص الكلوروفيل أ اللون الأزرق البنفسجي ، وكذلك الضوء الأحمر بالقرب من 660 نانومتر. لذلك ، يظهر لون أخضر "خفف" باللون الأصفر.
المراجع
- مرصد باريس. (سادس). فئات الأطياف المختلفة. تم الاسترجاع من: media4.obspm.fr
- حرم جامعة رباناليس. (سادس). قياس الطيف الضوئي: أطياف الامتصاص والقياس اللوني للجزيئات الحيوية.. تم الاسترجاع من: uco.es
- داي ، ر. ، أندروود ، أ. (1986). الكيمياء التحليلية الكمية (الطبعة الخامسة). بيرسون ، برنتيس هول ، ص 461-464.
- ريوش دبليو (الثانية). التحليل الطيفي المرئي والأشعة فوق البنفسجية. تم الاسترجاع من: 2.chemistry.msu.edu
- ديفيد دارلينج. (2016). طيف الامتصاص. تم الاسترجاع من: daviddarling.info
- أكاديمية خان. (2018). خطوط الامتصاص / الانبعاث. تم الاسترجاع من: khanacademy.org