- Penyerapan atom
- Transisi dan energi elektronik
- Spektrum yang terlihat
- Spektrum absorpsi molekul
- Metilen biru
- Klorofil a dan b
- Referensi
Sebuah spektrum absorpsi adalah bahwa produk dari interaksi cahaya dengan materi atau substansi dalam negara fisiknya. Tetapi definisi tersebut melampaui cahaya tampak sederhana, karena interaksi tersebut mencakup segmen yang luas dari rentang panjang gelombang dan energi radiasi elektromagnetik.
Oleh karena itu, beberapa zat padat, cair atau gas, dapat menyerap foton dengan energi atau panjang gelombang yang berbeda; dari radiasi ultraviolet, diikuti oleh cahaya tampak, ke radiasi infra merah atau cahaya, memasuki panjang gelombang gelombang mikro.
Sumber: Circe Denyer melalui PublicDomainPictures
Mata manusia hanya melihat interaksi materi dengan cahaya tampak. Demikian juga, ia mampu merenungkan difraksi cahaya putih melalui prisma atau media dalam komponen warnanya (gambar atas).
Jika sinar cahaya "tertangkap" setelah melakukan perjalanan melalui suatu bahan, dan dianalisis, tidak adanya pita warna tertentu akan ditemukan; Artinya, garis-garis hitam akan terlihat kontras dengan latar belakangnya. Ini adalah spektrum absorpsi, dan analisisnya fundamental dalam kimia analitik instrumental dan astronomi.
Penyerapan atom
Sumber: Almuazi, dari Wikimedia Commons
Gambar atas menunjukkan spektrum serapan khas untuk elemen atau atom. Perhatikan bahwa pita hitam mewakili panjang gelombang yang diserap, sedangkan yang lainnya adalah yang dipancarkan. Ini berarti, sebaliknya, spektrum emisi atom akan terlihat seperti pita hitam dengan garis-garis warna yang dipancarkan.
Tapi apakah garis-garis ini? Bagaimana mengetahui secara singkat apakah atom-atom tersebut menyerap atau memancarkan (tanpa menyebabkan fluoresensi atau pendar)? Jawabannya terletak pada keadaan elektronik atom yang diperbolehkan.
Transisi dan energi elektronik
Elektron dapat bergerak menjauh dari inti sehingga bermuatan positif saat mereka bertransisi dari orbital berenergi lebih rendah ke orbital berenergi lebih tinggi. Untuk ini, dijelaskan oleh fisika kuantum, foton menyerap energi tertentu untuk melakukan transisi elektronik tersebut.
Oleh karena itu, energi dikuantisasi, dan tidak akan menyerap setengah atau tiga perempat foton, tetapi nilai frekuensi tertentu (ν) atau panjang gelombang (λ).
Begitu elektron tereksitasi, ia tidak tinggal dalam waktu tak terbatas dalam keadaan elektronik energi yang lebih tinggi; ia melepaskan energi dalam bentuk foton, dan atom kembali ke dasar atau keadaan aslinya.
Bergantung pada apakah foton yang diserap direkam, spektrum absorpsi akan diperoleh; dan jika foton yang dipancarkan direkam, maka hasilnya berupa spektrum emisi.
Fenomena ini dapat diamati secara eksperimental jika sampel gas atau sampel suatu unsur dipanaskan. Dalam astronomi, dengan membandingkan spektrum ini, komposisi sebuah bintang dapat diketahui, bahkan lokasinya relatif terhadap Bumi.
Spektrum yang terlihat
Seperti yang dapat dilihat pada dua gambar pertama, spektrum yang terlihat mencakup warna dari ungu hingga merah dan semua coraknya mengenai seberapa banyak bahan yang diserap (corak gelap).
Panjang gelombang cahaya merah sesuai dengan nilai mulai 650 nm dan seterusnya (sampai menghilang dalam radiasi infra merah). Dan di sisi paling kiri, warna violet dan ungu mencakup nilai panjang gelombang hingga 450 nm. Spektrum yang terlihat kemudian berkisar dari 400 hingga 700 nm.
Ketika λ meningkat, frekuensi foton berkurang, dan juga energinya. Dengan demikian, cahaya violet memiliki energi yang lebih tinggi (panjang gelombang lebih pendek) dibandingkan cahaya merah (panjang gelombang lebih panjang). Oleh karena itu, bahan yang menyerap cahaya ungu melibatkan transisi elektronik dari energi yang lebih tinggi.
Dan jika bahan menyerap warna ungu, warna apa yang akan dipantulkannya? Ini akan tampak kuning kehijauan, yang berarti elektronnya melakukan transisi yang sangat energik; Sedangkan jika material menyerap warna merah berenergi lebih rendah, itu akan memantulkan warna hijau kebiruan.
Ketika sebuah atom sangat stabil, umumnya ia menunjukkan keadaan elektronik yang sangat jauh dalam energi; dan karena itu Anda perlu menyerap foton berenergi lebih tinggi untuk memungkinkan transisi elektronik:
Sumber: Gabriel Bolívar
Spektrum absorpsi molekul
Molekul memiliki atom, dan ini juga menyerap radiasi elektromagnetik; akan tetapi, elektron mereka adalah bagian dari ikatan kimia, jadi transisinya berbeda. Salah satu keberhasilan besar teori orbital molekul adalah kemampuannya untuk menghubungkan spektrum absorpsi dengan struktur kimia.
Jadi, ikatan tunggal, ganda, rangkap tiga, ikatan terkonjugasi, dan struktur aromatik, memiliki keadaan elektroniknya sendiri; dan karena itu mereka menyerap foton yang sangat spesifik.
Dengan memiliki beberapa atom, selain interaksi antarmolekul, dan getaran ikatannya (yang juga menyerap energi), spektrum serapan molekul memiliki bentuk "pegunungan", yang menunjukkan pita yang menyusun panjang gelombang di mana transisi elektronik terjadi.
Berkat spektrum ini, suatu senyawa dapat dikarakterisasi, diidentifikasi, dan bahkan, melalui analisis multivariat, dikuantifikasi.
Metilen biru
Sumber: Wnt, dari Wikimedia Commons
Gambar atas menunjukkan spektrum indikator biru metilen. Seperti yang terlihat jelas dari namanya, warnanya biru; tetapi apakah bisa diperiksa dengan spektrum serapannya?
Perhatikan bahwa ada pita antara panjang gelombang 200 dan 300 nm. Antara 400 dan 500 nm hampir tidak ada penyerapan, yaitu tidak menyerap warna ungu, biru, atau hijau.
Namun, ia memiliki pita serapan yang kuat setelah 600 nm, dan karena itu memiliki transisi elektronik berenergi rendah yang menyerap foton cahaya merah.
Akibatnya, dan dengan nilai absorptivitas molar yang tinggi, biru metilen menunjukkan warna biru yang pekat.
Klorofil a dan b
Sumber: Serge Helfrich, dari Wikimedia Commons
Seperti dapat dilihat pada gambar, garis hijau menunjukkan spektrum serapan klorofil a, sedangkan garis biru menunjukkan spektrum serapan klorofil b.
Pertama, pita di mana absorptivitas molar paling besar harus dibandingkan; dalam hal ini, yang ke kiri, antara 400 dan 500 nm. Klorofil a menyerap warna ungu dengan kuat, sedangkan klorofil b (garis biru) menyerap warna biru.
Dengan menyerap klorofil b sekitar 460 nm, warna biru, kuning dipantulkan. Di sisi lain, ia juga menyerap dengan kuat di dekat 650 nm, cahaya oranye, yang berarti ia menunjukkan warna biru. Jika kuning dan biru bercampur, apa hasilnya? Warnanya hijau.
Dan terakhir, klorofil a menyerap warna biru-ungu, dan juga cahaya merah mendekati 660 nm. Oleh karena itu, ia menunjukkan warna hijau yang "dilunakkan" oleh kuning.
Referensi
- Observatoire de Paris. (sf). Kelas spektrum yang berbeda. Diperoleh dari: media4.obspm.fr
- Kampus Universitas Rabanales. (sf). Spektrofotometri: Spektrum absorpsi dan kuantifikasi kolorimetri biomolekul. . Diperoleh dari: uco.es
- Day, R., & Underwood, A. (1986). Quantitative Analytical Chemistry (edisi ke-5). PEARSON, Prentice Hall, hlm. 461-464.
- Reush W. (nd). Spektroskopi Terlihat dan Ultraviolet. Diperoleh dari: 2.chemistry.msu.edu
- David Darling. (2016). Spektrum Penyerapan. Diperoleh dari: daviddarling.info
- Khan Academy. (2018). Garis absorpsi / emisi. Diperoleh dari: khanacademy.org