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Spettroscopia Atomica

Spectrum

Lo spettro di emissione di un elemento chimico o di un composto chimico è l’insieme delle frequenze della radiazione elettromagnetica emessa dagli elettroni dei suoi atomi quando questi compiono una transizione da uno stato ad energia maggiore verso uno a energia minore.
Per ogni transizione tra stati, l’energia del fotone emesso è uguale alla differenza di energia dei due stati secondo l’equazione :

planck

che mette in correlazione l’energia della transizione con la frequenza del fotone di luce emesso (h è la costante di Planck). Dal momento che in ogni elemento o composto chimico vi sono numerose transizioni possibili, l’insieme dei fotoni di diverse frequenze emessi dall’elemento o dalla molecola ne costituisce lo spettro.


Lo spettro di emissione di ciascun elemento o molecola è unico, per questo la sua analisi, detta spettroscopia, può essere usata per analizzare qualitativamente e quantitativamente una sostanza.

Gli spettri di emissione si distinguono in :

  • spettri a righe: corrispondenti ad una successione discreta di lunghezze d’onda e quindi di righe spettrali
  • spettri a bande: nei quali le righe sono addensate con continuità nell’intorno di certe lunghezze d’onda, formando delle bande tra loro separate
  • spettri continui: consistenti in una successione continua di lunghezze d’onda all’interno di un intervallo relativamente largo.

Gli spettri a righe e gli spettri a bande sono emessi da gas e vapori a pressione non troppo elevate. I primi sono dovuti ad atomi isolati, i secondi a molecole biatomiche o pluriatomiche. Essi sono caratteristici degli elementi che li emettono; non vi sono spettri comuni a due elementi e neppure singole righe.

Nell’atomo di idrogeno, i salti quantici di un elettrone tra gli orbitali sono descritti dall’equazione di Rydberg:

rydberg

con ni > nf che rappresentano i livelli energetici iniziale e finale, me ed e rispettivamente la massa e la carica dell’elettrone, c la velocità della luceh la costante di Planck ed ε la costante dielettrica nel vuoto. Nello spettro dell’idrogeno questa relazione rende conto perfettamente della presenza di alcune serie di righe, chiamate di Lyman, di Balmer e di Paschen. La serie di Balmer è l’unica a cadere nel visibile, e corrisponde alla transizione dai livelli più energetici al livello 2; la riga più importante di questa serie è chiamata , la sua lunghezza d’onda è circa 6563 Å, che corrisponde a radiazione rossa, ed è data dalla transizione dell’elettrone tra i livelli 3 e 2.

Spettri di Emissione ed Assorbimento

Con lo spettrometro a reticolo descritto in uno dei post precedenti (Spettrometro a Reticolo con Webcam) sono state esaminate una serie di sorgenti luminose con lo scopo di evidenziare le righe di emissione ed assorbimento di alcuni elementi chimici. In particolare sono state utilizzate delle lampade spettrali. Queste sono costituite da un tubo di vetro al cui interno vi è un gas a bassa pressione (idrogeno, azoto, anidride carbonica), quando viene applicata ai due elettrodi una tensione di 3000-5000 V si forma una scarica di gas ionizzato che emette luce in corrispondenza alle righe di emissione caratteristiche del gas contenuto nel tubo.

DSC_0247
Lampade spettrali : Idrogeno, Azoto, Anidride Carbonica

Idrogeno

Idrogeno1_spettro

Idrogeno1
Lampada Spettrale con idrogeno a bassa pressione alimentato da alta tensione ad alta frequenza. Spettro discreto con le righe principali dello spettro di emissione dell’idrogeno : Ha 656nm, Hb 486nm

Azoto

Azoto2_spettro

Azoto2
Lampada Spettrale con Azoto a bassa pressione alimentato da alta tensione ad alta frequenza. Spettro discreto con le righe principali dello spettro di emissione dell’azoto.

Anidride Carbonica

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Lampada Spettrale con Anidride Carbonica a bassa pressione alimentato da alta tensione ad alta frequenza. Spettro discreto con le righe principali dello spettro di emissione della Anidride Carbonica.

Sodio

SODIO_DOPPIETTO

SODIO_DOPPIETTO_ASSORBIMENTO_2
Nel primo spettro di plasma arco elettrico HV con cloruro di sodio si evidenzia la riga sdoppiata a 589nm del sodio. Nel secondo spettro viene mostrato il dettaglio della linea di assorbimento del sodio in una lampada al sodio ad alta pressione

Potassio

POTASSIO_DOPPIETTO
Spettro di fiammifero al clorato di potassio – si evidenziano le righe del doppietto del potassio a ca 770nm

Documento pdf con la descrizione completa degli esperimenti di spettroscopia: SpettroscopiaAtomica_ITA

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