Spektral çizgi - Spectral line
Bir spektral çizgi bir başka homojen ve bir koyu veya açık hattı sürekli spektrum elde edilen, emisyon veya absorpsiyon bölgesinin ışık yakın frekanslarda ile karşılaştırıldığında, dar bir frekans aralığındadır. Spektral çizgiler genellikle atomları ve molekülleri tanımlamak için kullanılır . Bu "parmak izleri", atomların ve moleküllerin önceden toplanmış "parmak izleri" ile karşılaştırılabilir ve bu nedenle , aksi takdirde imkansız olan , yıldızların ve gezegenlerin atomik ve moleküler bileşenlerini tanımlamak için kullanılır .
Çizgi spektrum türleri
Spektral çizgiler, bir kuantum sistemi (genellikle atomlar , ancak bazen moleküller veya atom çekirdeği ) ile tek bir foton arasındaki etkileşimin sonucudur . Bir foton, sistemin enerji durumunda bir değişikliğe izin vermek için (frekansına bağlı) doğru miktarda enerjiye sahip olduğunda (bir atom durumunda bu genellikle elektron değiştiren bir yörüngedir ), foton emilir. Daha sonra, ya orijinal ile aynı frekansta ya da yayılan fotonların enerjilerinin toplamının emilenin enerjisine eşit olacağı bir kademeli olarak kendiliğinden yeniden yayınlanacaktır (sistemin orijinaline geri döndüğü varsayılarak) durum).
Bir spektral çizgi, bir emisyon çizgisi veya bir absorpsiyon çizgisi olarak gözlemlenebilir . Hangi tip hattın gözlemlendiği, malzemenin tipine ve başka bir emisyon kaynağına göre sıcaklığına bağlıdır. Sıcak, geniş spektrumlu bir kaynaktan gelen fotonlar soğuk bir malzemeden geçtiğinde bir absorpsiyon çizgisi üretilir. Dar bir frekans aralığında ışığın yoğunluğu, malzeme tarafından absorpsiyon ve rastgele yönlerde yeniden emisyon nedeniyle azalır. Buna karşılık, sıcak bir materyalden gelen fotonlar, soğuk bir kaynaktan geniş bir spektrum varlığında algılandığında parlak bir emisyon çizgisi üretilir. Malzemenin yaydığı emisyon nedeniyle dar bir frekans aralığında ışığın yoğunluğu artar.
Spektral çizgiler yüksek oranda atoma özgüdür ve ışığın içinden geçmesine izin verebilen herhangi bir ortamın kimyasal bileşimini belirlemek için kullanılabilir. Helyum , talyum ve sezyum dahil olmak üzere spektroskopik yollarla birkaç element keşfedildi . Spektral çizgiler ayrıca gazın fiziksel koşullarına da bağlıdır, bu nedenle yıldızların ve başka yollarla analiz edilemeyen diğer gök cisimlerinin kimyasal bileşiminin yanı sıra fiziksel koşullarının belirlenmesinde yaygın olarak kullanılırlar .
Atom-foton etkileşimi dışındaki mekanizmalar spektral çizgiler üretebilir. Tam fiziksel etkileşime bağlı olarak (molekülleri, tek parçacıklar, vs.), ilgili fotonların frekansı büyük ölçüde değişecektir ve satırları arasında gözlemlenebilir elektromanyetik spektrumun dışında, radyo dalgaları için gama ışınlarının .
isimlendirme
Spektrumun görünür kısmındaki güçlü spektral çizgiler, genellikle , tek iyonize Ca +' dan çıkan 393.366 nm'de bir çizgi için K gibi benzersiz bir Fraunhofer çizgi atamasına sahiptir , ancak Fraunhofer "çizgilerinden" bazıları, birkaç farklı çizgiden birden fazla çizginin karışımlarıdır. farklı türler . Diğer durumlarda, kimyasal elementin tanımına bir Romen rakamı eklenerek çizgiler iyonizasyon seviyesine göre belirlenir . Nötr atomlar Romen rakamı I ile gösterilir , tek tek iyonize atomlar II ile vb. gösterilir, böylece örneğin Fe IX sekiz kat iyonize demiri temsil eder .
Daha ayrıntılı gösterimler genellikle çizgi dalga boyunu içerir ve bir çoklu sayı (atomik çizgiler için) veya bant gösterimi (moleküler çizgiler için) içerebilir . Atomik hidrojenin birçok spektral çizgisi , Lyman serileri veya Balmer serileri gibi kendi serileri içinde atamalara sahiptir . Başlangıçta tüm spektral çizgiler seriler halinde sınıflandırılırdı: Ana seriler , Sharp serileri ve Diffuse serileri . Bu seriler, tüm elementlerin atomlarında bulunur ve tüm atomlar için modeller, Rydberg-Ritz formülü ile iyi tahmin edilir . Bu seriler daha sonra alt orbitallerle ilişkilendirildi.
Çizgi genişletme ve kaydırma
Spektral çizgi şeklini kontrol eden bir dizi efekt vardır . Bir spektral çizgi, tek bir frekans değil, bir frekans aralığı boyunca uzanır (yani, sıfırdan farklı bir çizgi genişliğine sahiptir). Ek olarak, merkezi, nominal merkezi dalga boyundan kaydırılabilir. Bu genişleme ve kaymanın birkaç nedeni vardır. Bu nedenler iki genel kategoriye ayrılabilir - yerel koşullara bağlı genişleme ve genişletilmiş koşullara bağlı genişleme. Yerel koşullar nedeniyle genişleme, yayan elemanın etrafındaki küçük bir bölgede, genellikle yerel termodinamik dengeyi sağlayacak kadar küçük olan etkilerden kaynaklanır . Genişletilmiş koşullar nedeniyle genişleme, radyasyonun gözlemciye doğru giderken spektral dağılımındaki değişikliklerden kaynaklanabilir. Birbirinden uzak birkaç bölgeden gelen radyasyonun bir araya gelmesinden de kaynaklanabilir.
Yerel etkiler nedeniyle genişleme
Doğal genişleme
Uyarılmış durumların ömrü, yaşam boyu genişleme olarak da bilinen doğal genişleme ile sonuçlanır. Belirsizlik ilkesi (nedeniyle bir uyarılmış duruma ömrünü ilgilidir kendiliğinden radyatif sönümü veya Auger işleminin enerjisi belirsizlik ile). Bazı yazarlar, spontan ışıma bozulmasının neden olduğu doğal genişleme kısmına özel olarak atıfta bulunmak için "ışıma genişlemesi" terimini kullanır. Kısa bir ömür, büyük bir enerji belirsizliğine ve geniş bir emisyona sahip olacaktır. Bu genişleme etkisi, kaydırılmamış bir Lorentzian profili ile sonuçlanır . Doğal genişleme, yalnızca bozulma oranlarının yapay olarak bastırılabileceği veya artırılabileceği ölçüde deneysel olarak değiştirilebilir.
Termal Doppler genişlemesi
Radyasyon yayan bir gazdaki atomlar bir hız dağılımına sahip olacaktır. Yayılan her foton , atomun gözlemciye göre hızına bağlı olarak Doppler etkisi ile "kırmızı" veya "mavi" olacaktır . Gazın sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, gazdaki hızların dağılımı o kadar geniş olur. Spektral çizgi, yayılan tüm radyasyonun bir kombinasyonu olduğundan, gazın sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, o gazdan yayılan spektral çizgi o kadar geniş olur. Bu genişleme etkisi bir Gauss profili ile tanımlanır ve ilişkili bir kayma yoktur.
Basınç genişlemesi
Yakındaki parçacıkların varlığı, tek bir parçacık tarafından yayılan radyasyonu etkileyecektir. Bunun gerçekleştiği iki sınırlayıcı durum vardır:
- Darbe basıncı genişlemesi veya çarpışma genişlemesi : Diğer parçacıkların ışık yayan parçacık ile çarpışması, emisyon sürecini kesintiye uğratır ve süreç için karakteristik süreyi kısaltarak, yayılan enerjideki belirsizliği arttırır (doğal genişlemede olduğu gibi). Çarpışmanın süresi, emisyon sürecinin ömründen çok daha kısadır. Bu etki gazın hem yoğunluğuna hem de sıcaklığına bağlıdır . Genişleme etkisi bir Lorentzian profili ile tanımlanır ve ilişkili bir kayma olabilir.
- Yarı statik basınç genişlemesi : Diğer parçacıkların varlığı, yayan parçacıktaki enerji seviyelerini değiştirir, böylece yayılan radyasyonun frekansını değiştirir. Etki süresi, emisyon sürecinin ömründen çok daha uzundur. Bu etki gazın yoğunluğuna bağlıdır , ancak sıcaklığa karşı oldukça duyarsızdır . Çizgi profilinin biçimi, bozucu parçacıktan uzaklığa göre, bozucu kuvvetin işlevsel biçimi tarafından belirlenir. Çizgi merkezinde de bir kayma olabilir. Yarı statik basınç genişlemesinden kaynaklanan çizgi şekli için genel ifade, sabit dağılım olarak bilinen Gauss dağılımının 4 parametreli bir genellemesidir .
Basınç genişlemesi, bozucu kuvvetin doğasına göre de şu şekilde sınıflandırılabilir:
- Lineer Stark genişlemesi , bir emitörün belirli bir mesafedeki yüklü bir parçacığın elektrik alanıyla etkileşiminden kaynaklanan ve alan gücünde lineer olan enerjide bir kaymaya neden olan lineer Stark etkisi yoluyla gerçekleşir .
- Rezonans genişlemesi , rahatsız edici parçacık, yayan parçacık ile aynı tipte olduğunda meydana gelir, bu da bir enerji değişim süreci olasılığını ortaya çıkarır.
- Kuadratik Stark genişlemesi , bir emitörün bir elektrik alanıyla etkileşiminden kaynaklanan ve alan kuvvetinde ikinci dereceden olan enerjide bir kaymaya neden olan kuadratik Stark etkisi yoluyla gerçekleşir .
- Van der Waals genişlemesi , yayılan parçacık Van der Waals kuvvetleri tarafından bozulduğunda meydana gelir . Yarı statik durum için, bir Van der Waals profili , profili tanımlamada genellikle yararlıdır. Mesafenin bir fonksiyonu olarak enerji kayması kanatlarda örneğin Lennard-Jones potansiyeli tarafından verilir .
homojen olmayan genişleme
Homojen olmayan genişleme , yayılma için genel bir terimdir, çünkü bazı yayan parçacıklar diğerlerinden farklı bir yerel ortamdadır ve bu nedenle farklı bir frekansta yayılır. Bu terim özellikle yüzeyler, tane sınırları ve stokiyometri varyasyonlarının belirli bir atomun işgal etmesi için çeşitli yerel ortamlar yaratabildiği katılar için kullanılır. Sıvılarda, homojen olmayan genişlemenin etkileri bazen hareket daralması adı verilen bir süreçle azaltılır.
Yerel olmayan etkiler nedeniyle genişleme
Bazı genişleme türleri, sadece yayan parçacık için yerel olan koşullardan ziyade, geniş bir uzay bölgesi üzerindeki koşulların sonucudur.
Opaklık genişletme
Uzayda belirli bir noktada yayılan elektromanyetik radyasyon, uzayda seyahat ederken yeniden emilebilir. Bu absorpsiyon dalga boyuna bağlıdır. Çizgi genişler çünkü çizgi merkezindeki fotonlar, çizgi kanatlarındaki fotonlardan daha büyük bir yeniden soğurma olasılığına sahiptir. Gerçekten de, çizgi merkezi yakınında yeniden emilim, çizginin merkezindeki yoğunluğun kanatlardakinden daha az olduğu bir kendi kendini tersine çevirmeye neden olacak kadar büyük olabilir . Bu sürece bazen kendi kendine emilim de denir .
Makroskopik Doppler genişlemesi
Hareketli bir kaynak tarafından yayılan radyasyon, sonlu bir görüş hattı hız projeksiyonu nedeniyle Doppler kaymasına tabidir . Yayıcı cismin farklı bölümlerinin farklı hızları varsa (görüş hattı boyunca), ortaya çıkan çizgi, çizgi genişliği hız dağılımının genişliğiyle orantılı olacak şekilde genişletilecektir. Örneğin, bir yıldız gibi uzaktaki dönen bir cisimden yayılan radyasyon, yıldızın karşıt taraflarındaki hızdaki görüş hattı değişiklikleri nedeniyle genişleyecektir. Dönme hızı ne kadar büyük olursa, çizgi o kadar geniş olur. Başka bir örnek, bir Z- tutamdaki içe doğru patlayan bir plazma kabuğudur .
Birleşik efektler
Bu mekanizmaların her biri, ayrı ayrı veya diğerleriyle birlikte hareket edebilir. Her etkinin bağımsız olduğu varsayıldığında, gözlemlenen çizgi profili, her mekanizmanın çizgi profillerinin bir evrişimidir. Örneğin, termal Doppler genişlemesi ve darbe basıncı genişlemesinin bir kombinasyonu bir Voigt profili verir .
Ancak, farklı hat genişletme mekanizmaları her zaman bağımsız değildir. Örneğin, çarpışma etkileri ve hareketli Doppler kaymaları tutarlı bir şekilde hareket edebilir ve bazı koşullar altında Dicke etkisi olarak bilinen bir çarpışma daralmasında bile sonuçlanabilir .
Kimyasal elementlerin spektral çizgileri
Bantlar
"Spektral çizgiler" ifadesi, nitelenmemiş olduklarında, genellikle , tam elektromanyetik spektrumun görünür bandında dalga boylarına sahip olan çizgilere atıfta bulunur . Bu aralığın dışındaki dalga boylarında birçok spektral çizgi oluşur. Daha yüksek enerjilere karşılık gelen daha kısa dalga boylarında, ultraviyole spektral çizgileri, Lyman hidrojen serisini içerir . X-ışınlarının çok daha kısa dalga boylarında , çizgiler, belirli bir kimyasal element için kimyasal ortamlarından bağımsız olarak büyük ölçüde değişmeden kaldıkları için karakteristik X-ışınları olarak bilinir . Daha uzun dalga boyları, kızılötesi spektral çizgilerin Paschen hidrojen serisini içerdiği daha düşük enerjilere karşılık gelir . Daha da uzun dalga boylarında, radyo spektrumu , kozmos boyunca nötr hidrojeni tespit etmek için kullanılan 21 cm'lik çizgiyi içerir .
Görülebilir ışık
Her element için aşağıdaki tablo, yaklaşık 400-700 nm'de görünür spektrumda görünen spektral çizgileri gösterir .
eleman | Z | Sembol | spektral çizgiler | |
---|---|---|---|---|
hidrojen | 1 | H | ||
helyum | 2 | o | ||
lityum | 3 | Li | ||
berilyum | 4 | olmak | ||
bor | 5 | B | ||
karbon | 6 | C | ||
azot | 7 | n | ||
oksijen | 8 | Ö | ||
flor | 9 | F | ||
neon | 10 | Ne | ||
sodyum | 11 | Na | ||
magnezyum | 12 | Mg | ||
alüminyum | 13 | Al | ||
silikon | 14 | Si | ||
fosfor | 15 | P | ||
kükürt | 16 | S | ||
klor | 17 | Cl | ||
argon | 18 | Ar | ||
potasyum | 19 | K | ||
kalsiyum | 20 | CA | ||
skandiyum | 21 | sc | ||
titanyum | 22 | Ti | ||
vanadyum | 23 | V | ||
krom | 24 | cr | ||
manganez | 25 | Mn | ||
Demir | 26 | Fe | ||
kobalt | 27 | ortak | ||
nikel | 28 | Ni | ||
bakır | 29 | Cu | ||
çinko | 30 | çinko | ||
galyum | 31 | ga | ||
germanyum | 32 | Ge | ||
arsenik | 33 | Olarak | ||
selenyum | 34 | Gör | ||
brom | 35 | Br | ||
kripton | 36 | Kr | ||
rubidyum | 37 | Rb | ||
stronsiyum | 38 | Bay | ||
itriyum | 39 | Y | ||
zirkonyum | 40 | Zr | ||
niyobyum | 41 | not | ||
molibden | 42 | ay | ||
teknesyum | 43 | Tc | ||
rutenyum | 44 | Ru | ||
rodyum | 45 | Rh | ||
paladyum | 46 | PD | ||
gümüş | 47 | Ag | ||
kadmiyum | 48 | CD | ||
indiyum | 49 | İçinde | ||
teneke | 50 | Sn | ||
antimon | 51 | Sb | ||
tellür | 52 | Te | ||
iyot | 53 | ben | ||
ksenon | 54 | Xe | ||
sezyum | 55 | C'ler | ||
baryum | 56 | Ba | ||
lantan | 57 | La | ||
seryum | 58 | CE | ||
praseodimyum | 59 | Halkla İlişkiler | ||
neodimyum | 60 | Nd | ||
prometyum | 61 | Öğleden sonra | ||
samaryum | 62 | Sm | ||
öropyum | 63 | AB | ||
gadolinyum | 64 | gd | ||
terbiyum | 65 | yemek | ||
disporsiyum | 66 | dy | ||
holmiyum | 67 | Ho | ||
erbiyum | 68 | Er | ||
tülyum | 69 | Tm | ||
iterbiyum | 70 | yb | ||
lutesyum | 71 | lu | ||
hafniyum | 72 | hf | ||
tantal | 73 | Ta | ||
tungsten | 74 | W | ||
renyum | 75 | Tekrar | ||
osmiyum | 76 | İşletim sistemi | ||
iridyum | 77 | ir | ||
platin | 78 | nokta | ||
altın | 79 | Au | ||
talyum | 81 | TL | ||
öncülük etmek | 82 | Pb | ||
bizmut | 83 | Bi | ||
polonyum | 84 | po | ||
radon | 86 | Rn | ||
radyum | 88 | Ra | ||
aktinyum | 89 | AC | ||
toryum | 90 | NS | ||
protaktinyum | 91 | baba | ||
uranyum | 92 | sen | ||
neptünyum | 93 | np | ||
plütonyum | 94 | Pu | ||
amerika | 95 | NS | ||
küriyum | 96 | Santimetre | ||
berkelyum | 97 | bk | ||
kaliforniyum | 98 | bkz. | ||
einsteinyum | 99 | Es |
Ayrıca bakınız
- Emilim spektrumu
- atomik spektral çizgi
- Bohr modeli
- Elektron konfigürasyonu
- Emisyon spektrumu
- Fourier dönüşümü
- Fraunhofer hattı
- Gaz deşarj lambalarının emisyon spektrumları tablosu
- Hidrojen hattı (21 cm hattı)
- Hidrojen spektral serisi
- spektroskopi
- splatolog
Notlar
Referanslar
daha fazla okuma
- Griem, Hans R. (1997). Plazma Spektroskopisinin İlkeleri . Cambridge: Üniversite Yayınları. ISBN'si 0-521-45504-9.
- Griem, Hans R. (1974). Plazmalarla Spektral Çizgi Genişlemesi . New York: Akademik Basın . ISBN'si 0-12-302850-7.
- Griem, Hans R. (1964). Plazma Spektroskopisi . New York: McGraw-Hill Kitap Şirketi.