Garis spektrum

Garis spektrum adalah garis-garis gelap atau cerah yang ada di dalam satu spektrum yang seharusnya seragam dan berkelanjutan, yang menyebabkan kekurangan atau kelebihan foton di dalam satu rentang frekuensi yang sempit, dibandingkan dengan frekuensi-frekuensi terdekat. "Sidik jari" ini dapat dibandingkan dengan "sidik jari" atom dan molekul yang dikumpulkan sebelumnya, dan dengan demikian digunakan untuk mengidentifikasi komponen atom dan molekul bintang dan planet yang seharusnya mustahil.

Jenis-jenis garis spektrum

Garis-garis spektrum dihasilkan dari interaksi satu sistem kuantum (biasanya atom, tetapi biasanya juga molekul atau inti atom) dan satu foton tunggal. Bila satu foton memiliki jumlah energi yang tepat untuk memungkinkan satu perubahan kondisi energi sistem itu (untuk satu atom, perubahan energi ini biasanya satu elektron yang berubah orbital), foton itu akan diserap. Kemudian, ia akan dipancarkan kembali secara spontan, apakah dengan frekuensi yang sama atau frekuensi yang melata, di mana jumlah energi foton yang dipancarkan sama dengan jumlah energi foton itu yang diserap (dengan anggapan yang sistem itu kembali ke kondisi aslinya).
Tergantung pada jenis gas, sumber foton dan apa yang sampai ke detektor satu alat, garis yang akan terbentuk adalah apakah garis emisi atau garis serapan (garis absorpsi). Garis-garis gelap akan dihasilkan di dalam satu spektrum yang luas ketika satu gas yang dingin berada di antara sumber foton berspektrum luas dengan detektor. Dalam kondisi ini, penurunan kecerahan cahaya di dalam frekuensi foton yang mendatang berarti yang foton itu diserap, lalu dipancarkan kembali ke berbagai arah yang biasanya berbeda dari arah asalnya. Ini menghasilkan garis serapan karena pita frekuensi cahaya sempit yang awalnya bergerak ke arah detektor telah disebarkan ke arah-arah yang berbeda. Garis serapan juga dapat dihasilkan oleh pemantulan dari gas dingin yang disinari, karena setelah pemantulan, masih ada kesempatan untuk penyerapan (dan penyerakan ulang) selektif di antara titik refleksi dan detektor. Dalam kondisi ini, gas dingin itu tidak harus ditempatkan di antara sumber cahaya dan reflektor, tetapi harus tidak bertindak sebagai sumber cahaya bebas yang penting.

Tata nama

Garis spektrum yang kuat di bagian spektrum tampak sering memiliki sebutan garis Fraunhofer yang unik, seperti K untuk garis pada 393.366 nm yang muncul dari Ca⁺ terionisasi tunggal, meskipun beberapa "garis" Fraunhofer adalah campuran dari beberapa garis dari beberapa spesi yang berbeda. Dalam kasus lain, garis-garis tersebut ditentukan sesuai dengan tingkat ionisasi dengan menambahkan bilangan Romawi pada unsur kimia yang ditunjuk, sehingga Ca⁺ juga dirujuk sebagai Ca II. Atom netral dilambangkan dengan bilangan roman I, atom terionisasi tunggal dengan II, dan seterusnya, sehingga misalnya Fe IX (IX, roman 9) mewakili delapan kali ionisasi besi. Perumusan yang lebih rinci biasanya mencakup garis panjang gelombang dan mungkin termasuk penentuan bilangan multiplet (untuk garis atom) atau pita (untuk garis molekul). Banyak garis spektrum atom hidrogen juga memiliki sebutan dalam rangkaian deret spektrum hidrogen mereka, seperti deret Lyman atau deret Balmer. Awalnya semua garis spektral dikelompokkan menjadi seri seri Prinsip, deret Sharp, dan deret Diffuse. Deret ini ada di seluruh atom dari semua unsur dan prinsip kombinasi Rydberg-Ritz adalah rumus yang memprediksi pola garis yang bisa ditemukan di semua atom unsur. Untuk alasan ini, database garis spektrum NIST berisi kolom untuk garis yang dihitung Ritz. Seri ini kemudian dikaitkan dengan suborbunya.

Perluasan dan pergeseran garis

Garis spektrum membentang di atas rentang frekuensi, bukan frekuensi tunggal (yaitu, memiliki lebar garis bukan nol). Selain itu, pusatnya dapat digeser dari panjang gelombang nominalnya. Ada beberapa alasan untuk memperluas dan menggeser ini. Alasan ini dapat dibagi menjadi dua kategori umum – diperluas karena kondisi lokal dan perluasan karena kondisi yang diperpanjang. Perluasan karena kondisi lokal disebabkan oleh efek yang terjadi di wilayah kecil di sekitar elemen pemancar, biasanya cukup kecil untuk menjamin kesetimbangan termodinamika lokal. Perluasan karena kondisi yang diperpanjang dapat terjadi akibat perubahan distribusi radiasi spektrum saat melintasi jalurnya ke pengamat. Hal ini juga bisa diakibatkan oleh penggabungan radiasi dari sejumlah daerah yang jauh dari satu sama lain.