Emisyon spektrumu

Kimyasal elementlerin ya da kimyasal bileşiklerin emisyon spektrumu atom ya da moleküllerin yüksek enerji seviyesinden düşük enerji seviyesine geçişinden elde edilen elektromanyetik radyasyonun frekans spektrumudur. Yayılmış fotonun enerjisi iki enerji düzeyi arasındaki farka eşittir. Her atom için birçok mümkün geçişler vardır ve enerji düzeyleri arasındaki her geçiş spesifik enerji farkına sahiptir. Bu farklı geçişlerin toplamı, farklı ışınlar halinde gönderilmiş dalga boylarına ve emisyon spektrumunun düzenlenmesine neden olur. Her elementin emisyon spektrumu özeldir. Dahası, spektroskopi elementlerin madde içindeki bilinmeyen kompozisyonunu tespit etmek için kullanılabilir. Buna benzer olarak, moleküllerin emisyon spektrumları maddelerin kimyasal analizlerinde kullanılabilir.

Fizikte, emisyon, parçacığın yüksek enerjili kuantum mekanik düzeyden düşük foton emisyonuna doğru ışık üretimi sonucu çevrilmesi sürecidir. Elde edilen ışık sıklığı geçiş enerjisidir. Enerji muhafaza edilmek zorunda olduğundan, iki düzey arasındaki enerji farkı foton tarafından taşınan enerjiye eşit olacaktır. Geçişlerdeki enerji düzeyleri çok büyük mesafeli sıklıklarda emisyona neden olur. Örnek olarak, görülebilir ışık atom ve moleküllerde elektron eşleşmesi sonucunda flüoresans olarak adlandırılan olay sonucunda elde edilir. Buna karşın nükleer dönme geçişleri düşük enerjili radyo dalgaları yayarken, nükleer kabuk geçişleri yüksek enerjili gama ışınlarını yayabilir.

Herhangi bir cismin yayma gücü ışığın cisim tarafından ne kadar yayımlanmış olduğuyla belirlenir. Bu durum, Stefan-Boltzmann yasası aracılığıyla cisimlerin diğer özellikleriyle ilgili olabilir. Birçok cisim için, emisyon miktarları renk derecesi ve emisyon çizgilerinin görünüşüne neden olan dereceye ve cismin spektroskopik kompozisyonuna bağlı olarak çeşitlilik gösterir. Birçok dalga boyları üzerinde yapılan kesin ölçümler maddeyi emisyon spektroskopisi aracılığıyla belirlemeye olanak tanır.

Radyasyon emisyonu genel olarak yarı klasik kuantum mekaniğini kullanarak parçacığın enerji seviyesi ve aralıkları kuantum mekaniği tarafından belirlenir ve ışık salınım yapan sistemin doğal sıklığıyla rezonans halinde olduğu takdirde geçişleri yürüten elektrik alan gibi davranır olarak tanımlanır.

Kuantum mekaniği problemi zamana bağlı pertürbasyon teorisi ile işlenmiş olup, Fermi’nin Altın Kuralı adı verilen genel bir sonuca varır. Çoğu durumda yarı klasik versiyonu daha kullanışlı olmaya devam etse de, tanım kuantum elektrodinamiği olarak değiştirildi.

Atomdaki elektronlar uyarıldığında, örneğin ısıtıldığında, oluşan enerji elektronları daha yüksek orbitallere iter. Elektronlar uyarılmış hallerini terk edip eski seviyelerine geri döndüklerinde enerji, foton halinde yeniden dışarı salınır. Foton’ un dalga boyu (ya da frekansı) iki seviye arasındaki enerji farkı ile belirlenir. Dışarı salınan fotonlar elementlerin spektrumlarını oluşturur. Bir elementin atomik emisyon spektrumunda sadece belirli renklerin görünmesi gerçeği, ışığın sadece belirli frekanslarının salındığı anlamına gelir. Bu frekansların her biri aşağıda belirtilen formül aracılığıyla enerjiye bağlıdır.

E fotonun enerjisi anlamına gelirken, V fotonun frekansı ve h ise Planck sabiti anlamına gelir. Bu sadece belirli miktarda enerjiye sahip fotonların atomlar tarafından salındığını neticelendirir. Atomik emisyon spektrumu prensibi, çeşitli renklerdeki neon işaretlerini, aynı zamanda kimyasal yanma testleri sonuçlarını (aşağıda açıklanmıştır) açıklar. Bir atomun yayabileceği ışığın frekansları elektronların bulunabileceği seviyelere bağlıdır. Elektronlar uyarıldıkları zaman daha yüksek enerjili seviyelere veya orbitallere taşınır. Elektron eski seviyesine döndüğü zaman, ışık yayılır.

Yan taraftaki fotoğraf Hidrojen’ in görünür ışık emisyon spektrumunu gösterir. Eğer sadece bir Hidrojen atomu olsaydı, o anda sadece bir dalga boyu gözlemlenebilirdi. Örnek farklı başlangıç ve bitiş enerjilerine sahip birçok Hidrojen atomu içerdiği için, birçok muhtemel emisyonlar gözlemlenebilmiştir. Bu farklı kombinasyonlar, farklı dalga boyuna sahip eşzamanlı emisyonları doğurur.

Elektronik geçişler yukarıda tartışılmasına rağmen, bir molekülün enerjisi rotasyonel, titreşimsel ve vibronik (titreşimsel ve elektroniğin kombinesi) geçişler sayesinde de değişebilir. Bu enerji değişimleri spektral şeritler olarak da bilinen birbirine yakın birçok farklı spektral doğru gruplarının oluşumuna sebebiyet verir. Çözümlenmemiş spektrum şeritleri, spektral süreç halinde de görünebilir.

Işık, farklı dalga boylarının elektromanyetik radyasyonlarından meydana gelir. Dolayısıyla, elementler veya bileşimleri ateş üstünde veya elektrik kıvılcımı ile ısıtıldığında elementler ışık halinde enerji yayar. Bu ışığın spektroskop yardımı ile analizi bize süreksiz bir spektrum verir. Spektroskop ve spektrometre, farklı dalga boylarına sahip ışıkların bileşenlerine ayırılmasında kullanılan bir araçtır. Spektrum, doğru spektrumu adı verilen doğru demetinde görülür. Bu doğru spektrumuna, elementin içinde meydana geldiği için atomik spektrum da denir. Her bir elementin farklı bir atomik spektrumu vardır. Bir elementin atomları tarafından üretilen doğru spektrumları, bir atomun sadece belirli bir miktarda enerji yayabileceğini gösterir. Bu, sınırda bulunan elektronların herhangi bir miktarda değil, sadece belirli bir miktarda enerjiye sahip olabileceğini gösterir.

Emisyon spektroskopi, periyodik cetveldeki her element için farklı bir değere sahip olduğundan maddenin bileşimini kararlaştırmada kullanılabilir. Örneğin astronomik spektroskopi: elde edilen ışık analiz edilerek yıldızların tanımlanması. Bazı elementlerin emisyon spektrum karakterleri bu elementler ısıtıldığında açıkça çıplak gözle görülür. Örnek olarak, platin kablo stronsiyum nitrata batırıldığında ve aleve maruz bırakıldığında, stronsiyum nitrat atomları etrafa kırmızı renk yayar. Buna benzer olarak, bakır aleve maruz bırakıldığında, alev yeşil renge dönüşür. Bu belirli karakteristikler, elementlerin atomik emisyon spektrumu tarafından belirlenmesine olanak tanır. Yayılan ışıkların tamamı çıplak gözle fark edilemez, çünkü spektrum ayrıca ultraviyole ışınlar ve kızılötesi aydınlatma içerir. Emisyon, uyarılmış gaz direkt olarak spektroskoptan geçirildiği görüldüğünde oluşur.