Hvað orsakar litróf frumeinda og sameinda?

Svar

Litróf efniseinda (frumeinda og sameinda) koma ýmist fram í útgeislun frá efnum eða í ljósgleypni þeirra. Fyrrnefndu litrófin nefnast útgeislunarróf (e. emission spectra) en þau síðarnefndu gleypiróf (e. absorption spectra). Sem dæmi eru litróf vetnisfrumeindarinnar sýnd á meðfylgjandi mynd.


Mynd 1. Litróf vetnisfrumeindarinnar: Efra litrófið er gleypiróf vetnisfrumeindar en neðra litrófið er útgeislunarróf vetnisfrumeindar
Gleypiróf eru tilkomin við það að orka ljóseinda í rafsegulgeislun sem fellur á efniseindir yfirfærist á efniseindirnar. Við það öðlast efniseindin aukna orku sem nemur orku ljóseindarinnar.

Útgeislunarróf eru á hinn bóginn tilkomin við það að orkuríkar frumeindir eða sameindir tapa orku í formi ljósorku sem geislar frá efninu. Litur þess ljóss sem viðkomandi efniseindir gleypa eða geisla er afmarkaður eða takmarkaður. Þannig greinast einungis ákveðnar ljósrákir á filmu vegna útgeislunar vetnisatóma (sjá mynd 1; neðri) en aðrir litir sjást ekki.

Á svipaðan hátt gleypa vetnisfrumeindir einungis afmarkaða liti (mynd 1; efri). Þar eð litur ljóss ræðst af bylgjulengd viðkomandi rafsegulbylgju eða orku viðkomandi ljóseindar svarar þetta til þess að litróf efniseinda samanstanda einungis af afmörkuðum orkuskömmtum ljóss. Þetta helgast af því að orka efniseinda er líka afmörkuð eða takmörkum háð í samræmi við kenningar skammtafræðinnar.

Samkvæmt einföldu líkani af vetnisfrumeindinni getur rafeind frumeindanna einungis verið á ákveðnum hvelum eða brautum (sjá mynd 2) sem eru misorkurík. Útgeislunar- eða gleypiróf eru tilkomin vegna tilfærslna rafeinda milli slíkra orkuhvela. Orka eða bylgjulengd ljóss litrófsins ákvarðast því af orkumismuni viðkomandi orkuhvela.


Mynd 2. Orkuhvel (n) og orkutilfærslur rafeinda á brautum umhverfis vetniskjarna í vetnisfrumeind.
Litróf frumeinda á borð við vetnisfrumeindir ráðast af tilfærslum rafeinda milli afmarkaðra orkuþrepa (orkuhvela) líkt og greint hefur verið frá hér á undan. Litróf sameinda, sem gerð eru úr tengdum frumeindum, ráðast hins vegar einnig af tilfærslum milli orkuþrepa sem ákvarðast af orku vegna innbyrðis titrings frumeindanna (titringsorku) sem og snúningi sameindanna (snúningsorku).

Þess má geta að litadýrð umhverfis okkar ræðst einmitt af mismunandi gleypni efniseinda þess efnis sem umleikur okkur. Mismunandi efniseindir gleypa mismunandi liti en endurkasta öðrum þannig að auga okkar skynjar misorkuríkar ljóseindir eða mismunandi bylgjulengdir hins sýnilega ljóss háð hlutum. Án þessa mismunar í getu efnis og einda til að gleypa mismunandi ljós væri umhverfi okkar ólíkt litlausara!

Frekara lesefni af Vísindavefnum:

• Hvað eru Doppler-hrif og hvernig getum við séð að stjarna er á leið til okkar eða frá? eftir Árdísi Elíasdóttur, Tryggva Þorgeirsson og Þorstein Vilhjálmsson

Myndir:

• Litróf vetnis - Sótt 19.07.10. Texti á mynd var íslenskaður af ritstjórn.
• Bohr-módelið - Sótt 19.07.10. Texti á mynd var íslenskaður af ritstjórn.