สเปกตรัมการปล่อยคืออะไร? (พร้อมตัวอย่าง) - กายภาพ - 2026

สเปกตรัมปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นสเปกตรัมของความยาวคลื่นของแสงที่ปล่อยออกมาจากอะตอมและโมเลกุลเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างสองรัฐพลังงานที่ แสงสีขาวหรือแสงที่มองเห็นได้ที่กระทบกับปริซึมจะแตกออกเป็นสีต่างๆโดยมีความยาวคลื่นเฉพาะสำหรับแต่ละสี รูปแบบของสีที่ได้คือสเปกตรัมการแผ่รังสีของแสงที่มองเห็นได้เรียกว่าสเปกตรัมการเปล่งแสง

อะตอมโมเลกุลและสสารมีสเปกตรัมการแผ่รังสีเนื่องจากการเปล่งแสงเมื่อดูดซับพลังงานจากภายนอกในปริมาณที่เหมาะสมเพื่อส่งผ่านระหว่างสถานะพลังงานสองสถานะ โดยการส่งผ่านแสงนี้ผ่านปริซึมมันจะแตกออกเป็นเส้นสีสเปกตรัมที่มีความยาวคลื่นแตกต่างกันไปสำหรับแต่ละองค์ประกอบ

ความสำคัญของสเปกตรัมการแผ่รังสีคือช่วยให้สามารถกำหนดองค์ประกอบของสสารที่ไม่รู้จักและวัตถุทางดาราศาสตร์ผ่านการวิเคราะห์เส้นสเปกตรัมโดยใช้เทคนิคสเปกโทรสโกปีการปล่อย

ต่อไปจะอธิบายว่าสเปกตรัมการแผ่รังสีประกอบด้วยอะไรและตีความอย่างไรมีการกล่าวถึงตัวอย่างบางส่วนและความแตกต่างที่มีอยู่ระหว่างสเปกตรัมการปล่อยและสเปกตรัมการดูดกลืน

สเปกตรัมการปล่อยคืออะไร?

อะตอมของธาตุหรือสารมีอิเล็กตรอนและโปรตอนที่จับกันด้วยแรงดึงดูดแม่เหล็กไฟฟ้า ตามแบบจำลองของบอร์อิเล็กตรอนจะถูกจัดเรียงในลักษณะที่พลังงานของอะตอมต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ระดับพลังงานพลังงานนี้เรียกว่าสถานะพื้นของอะตอม

เมื่ออะตอมได้รับพลังงานจากภายนอกอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปสู่ระดับพลังงานที่สูงขึ้นและอะตอมจะเปลี่ยนสถานะพื้นเป็นสถานะตื่นเต้น

ในสภาวะตื่นเต้นเวลาที่อยู่อาศัยของอิเล็กตรอนสั้นมาก (≈ 10-8 วินาที) (1) อะตอมไม่เสถียรและกลับสู่สถานะพื้นดินโดยผ่านระดับพลังงานระดับกลางหากเป็นเช่นนั้น

รูปที่ 1. ก) การปล่อยโฟตอนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอะตอมระหว่างระดับพลังงานกระตุ้นและระดับพลังงานพื้นฐาน b) การปล่อยโฟตอนเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอะตอมระหว่างระดับพลังงานระดับกลาง

ในกระบวนการเปลี่ยนจากสถานะตื่นเต้นเป็นสถานะพื้นอะตอมจะปล่อยโฟตอนของแสงที่มีพลังงานเท่ากับความแตกต่างของพลังงานระหว่างสองสถานะโดยเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่และแปรผกผันกับความยาวคลื่นλ

โฟตอนที่ปล่อยออกมาจะแสดงเป็นเส้นสว่างเรียกว่าเส้นสเปกตรัม (2) และการกระจายพลังงานสเปกตรัมของคอลเลกชันของโฟตอนที่ปล่อยออกมาที่การเปลี่ยนแปลงของอะตอมคือสเปกตรัมการปล่อย

การตีความสเปกตรัมการปล่อย

การเปลี่ยนสถานะบางส่วนของอะตอมเกิดจากอุณหภูมิที่สูงขึ้นหรือจากแหล่งพลังงานภายนอกอื่น ๆ เช่นลำแสงกระแสอิเล็กตรอนหรือปฏิกิริยาทางเคมี

ถ้าก๊าซเช่นไฮโดรเจนถูกวางไว้ในห้องที่มีความดันต่ำและมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านห้องนั้นก๊าซจะเปล่งแสงออกมาพร้อมกับสีของมันเองซึ่งแตกต่างจากก๊าซอื่น ๆ

โดยการส่งผ่านแสงที่ปล่อยออกมาผ่านปริซึมแทนที่จะได้รับแสงสีรุ้งหน่วยที่ไม่ต่อเนื่องจะได้รับในรูปแบบของเส้นสีที่มีความยาวคลื่นเฉพาะซึ่งมีพลังงานจำนวนไม่ต่อเนื่อง

เส้นของสเปกตรัมการแผ่รังสีมีลักษณะเฉพาะในแต่ละองค์ประกอบและการใช้งานจากเทคนิคสเปกโทรสโกปีช่วยให้สามารถระบุองค์ประกอบขององค์ประกอบของสารที่ไม่รู้จักเช่นเดียวกับองค์ประกอบของวัตถุทางดาราศาสตร์โดยการวิเคราะห์ความยาวคลื่นของโฟตอนที่ปล่อยออกมา ระหว่างการเปลี่ยนแปลงของอะตอม

ความแตกต่างระหว่างสเปกตรัมการปล่อยและสเปกตรัมการดูดกลืน

ในกระบวนการดูดซับและการปลดปล่อยอะตอมมีการเปลี่ยนระหว่างสถานะพลังงานสองสถานะ แต่อยู่ในการดูดซึมซึ่งจะได้รับพลังงานจากภายนอกและถึงสถานะกระตุ้น

เส้นสเปกตรัมของการแผ่รังสีอยู่ตรงข้ามกับสเปกตรัมของแสงสีขาวที่ต่อเนื่องกัน ประการแรกการกระจายสเปกตรัมจะสังเกตได้ในรูปแบบของเส้นสว่างและในครั้งที่สองจะสังเกตเห็นแถบสีที่ต่อเนื่องกัน

หากลำแสงสีขาวกระทบกับก๊าซเช่นไฮโดรเจนซึ่งอยู่ในห้องที่มีความดันต่ำก๊าซจะดูดซับแสงเพียงบางส่วนและส่วนที่เหลือจะถูกส่งไป

เมื่อแสงที่ส่งผ่านปริซึมจะแตกออกเป็นเส้นสเปกตรัมซึ่งแต่ละเส้นมีความยาวคลื่นต่างกันทำให้เกิดสเปกตรัมการดูดซับของก๊าซ

สเปกตรัมการดูดกลืนนั้นตรงข้ามกับสเปกตรัมการแผ่รังสีโดยสิ้นเชิงและยังมีความเฉพาะเจาะจงสำหรับแต่ละองค์ประกอบด้วย เมื่อเปรียบเทียบสเปกตรัมทั้งสองขององค์ประกอบเดียวกันจะสังเกตได้ว่าเส้นสเปกตรัมการแผ่รังสีเป็นเส้นที่ขาดหายไปในสเปกตรัมการดูดกลืน (รูปที่ 2)

รูปที่ 2. a) สเปกตรัมการปล่อยและ b) สเปกตรัมการดูดซับ (ผู้เขียน: Stkl. ที่มา: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

ตัวอย่างสเปกตรัมการแผ่รังสีขององค์ประกอบทางเคมี

ก) เส้นสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนในบริเวณที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมคือเส้นสีแดง 656.3 นาโนเมตรสีน้ำเงินอ่อน 486.1 นาโนเมตรสีน้ำเงินเข้ม 434 นาโนเมตรและสีม่วงจางมาก 410 นาโนเมตร ความยาวคลื่นเหล่านี้ได้มาจากสมการ Balmer - Rydberg ในเวอร์ชันใหม่ (3)

คือจำนวนคลื่นของเส้นสเปกตรัม

เป็นค่าคงที่ของ Rydberg (109666.56 cm-1)

เป็นระดับพลังงานสูงสุด

เป็นระดับพลังงานสูงสุด

รูปที่ 3. สเปกตรัมการปล่อยไฮโดรเจน (ผู้เขียน: Adrignola ที่มา: commons.wikimedia.org

b) สเปกตรัมการแผ่รังสีของฮีเลียมมีเส้นหลักสองเส้นเส้นหนึ่งอยู่ในบริเวณที่มองเห็นได้และอีกเส้นใกล้รังสีอัลตราไวโอเลต ปีเตอร์สัน (4) ใช้แบบจำลองบอร์เพื่อคำนวณชุดของสายการปล่อยฮีเลียมในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนอิเล็กตรอนสองตัวไปยังสถานะ n = 5 พร้อมกันหลายครั้งและได้รับค่าของความยาวคลื่น สอดคล้องกับผลการทดลอง ความยาวคลื่นที่ได้คือ 468.8nm, 450.1nm, 426.3nm, 418.4nm, 412.2nm, 371.9nm

c) สเปกตรัมการปล่อยโซเดียมมีเส้นที่สว่างมาก 2 เส้นคือ 589 นาโนเมตรและ 589.6 นาโนเมตรเรียกว่าเส้น D (5) เส้นอื่น ๆ อ่อนกว่าเส้นเหล่านี้มากและสำหรับวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติแสงโซเดียมทั้งหมดถือว่ามาจากเส้น D

อ้างอิง

1. การวัดอายุการใช้งานของสถานะตื่นเต้นของอะตอมไฮโดรเจน VA Ankudinov, SV Bobashev และ EP Andreev 1, 1965, Soviet Physics JETP, Vol.21, pp. 26-32.
2. Demtröder, W. Laser Spectroscopy 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur และ. อะตอมเลเซอร์และสเปกโทรสโกปี นิวเดลี: Phi Learning, 2010
4. เยี่ยมชม Bohr: แบบจำลองและเส้นสเปกตรัมของฮีเลียม Peterson, C. 5, 2016, Journal of young Investigation, Vol. 30, pp. 32-35.
5. วารสารเคมีศึกษา. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington และ S.Jacobs 3, 1993, เล่ม 70, น. 250-251.