Spettro di emissione
Spettri di emissione continui e spettri a righe
In questa lezione, dopo avere introdotto il fenomeno della dispersione della luce, studieremo che cosa sono gli spettri di emissione e come è possibile ottenerli. Vedremo la differenza tra uno spettro continuo e uno spettro a righe, in quali casi si ha l'uno o l'altro spettro e come è possibile distinguerli. Termineremo la lezione con un breve riassunto che aiuterà a focalizzare al meglio i concetti espressi.
Introduzione agli spettri di emissione
Una luce policromatica è una luce formata da un insieme di radiazioni monocromatiche semplici aventi ciascuna una propria frequenza.
Quando una luce policromatica attraversa un prisma ottico di vetro trasparente, viene scomposta nelle radiazioni di diversa frequenza che la costituiscono, infatti il prisma devia la radiazione dei raggi incidenti di angoli diversi, a seconda della loro frequenza. Questo è il fenomeno della dispersione della luce. L'immagine che si può raccogliere su uno schermo (spettro) mostra una serie di colori che vanno dal rosso al violetto.
Gli spettri di emissione
Gli spettri di emissione, sono gli spettri emessi da una sorgente luminosa. Possono essere di due tipi:
- spettri continui;
- spettri a righe.
Spettri di emissione continui
Si chiamano continui gli spettri nei quali sono presenti tutti i colori dello spettro del visibile, dal rosso al violetto. Danno spettri continui tutti i corpi incandescenti: solidi, liquidi e gas fortemente compressi.
Spettro continuo di una lampadina ad incandescenza. Uno spettro si dice continuo quando l'intensità della radiazione è diversa da zero per tutta una serie ininterrotta di frequenze in un ampio intervallo; questi spettri sono emessi dai solidi e dai liquidi incandescenti e, in particolari condizioni, anche dai gas. In generale gli spettri continui sono prodotti ad alta temperatura: la distribuzione dell'intensità raggiante in funzione della temperatura e della lunghezza d'onda è espressa dalla legge di Planck.
Spettri a righe
In essi non si osserva nessuna successione di colori sfumati ma solo righe nette, colorate su sfondo nero (nero = assenza di luce). Sono tipici dei gas incandescenti a bassa pressione.
Il numero di righe, il loro colore e la loro lunghezza d'onda e frequenza, variano al variare del gas analizzato: ogni elemento gassoso o reso gassoso ha il suo spettro di emissione.
Spettro a righe. È uno spettro discontinuo caratteristico di atomi e ioni eccitati nella fase gassosa a bassa pressione. Se attraverso uno spettroscopio si osserva la radiazione emessa da un arco elettrico o da una scarica elettrica tra due elettrodi metallici, si vedono tutti i colori caratteristici della sostanza eccitata, colori che si presentano sotto forma di righe brillanti ben separate le une dalle altre su un fondo scuro.
Se convogliamo la luce proveniente da una lampada contenente idrogeno gassoso in un raggio che attraversa un prisma di vetro, per effetto della diffrazione si osserva uno spettro costituito da quattro righe distinte separate da un fondo nero. Queste linee sono: due di colore violetto, una azzurra e una rossa.
Spettro di emissione dell'atomo di idrogeno (le lunghezze d'onda sull'asse delle ascisse sono espresse in nm).
Cambiando il gas contenuto nella lampada si ottiene uno spettro differente da quello ottenuto con l'idrogeno. Questi spettri sono detti spettri di emissione in quanto la luce è emessa dagli atomi stessi. La caratteristica di tali spettri è che non si osserva una successione continua di colori che sfumano l'uno nell'altro, ma solo righe nette, colorate e separate da uno sfondo nero (non illuminato). Ogni elemento ha il proprio spettro di emissione.
Uno spettro di emissione (così come uno spettro di assorbimento) è caratterizzato dalla frequenza v o dalla lunghezza d'onda λ di ogni riga spettrale (si ricordi che c = λ · v, dove c è la velocità delle radiazioni elettromagnetiche nel vuoto), dalle intensità assolute o relative delle righe, dalla loro larghezza e dalla forma in frequenza.
Riassumendo
Si ha uno spettro di emissione quando le radiazioni ottiche emesse da una sorgente opportunamente eccitata vengono disperse, cioè separate in funzione della loro frequenza, ad esempio mediante un prisma ottico.
L'eccitazione può essere ottenuta mediante energia termica, mediante urto di elettroni o di ioni o mediante assorbimento di energia elettromagnetica: lo spettro di emissione può essere continuo o discontinuo; in quest'ultimo caso lo spettro può essere a righe, a bande o essere costituito di un insieme di righe e di bande.
Occorre sottolineare che gli spettri di emissione (così come gli spettri di assorbimento) sono caratteristici delle sostanze che li producono: ciò è dovuto ai legami tra la struttura della materia e la formazione degli spettri, e permette di determinare la natura di una sostanza mediante il suo spettro e viceversa.
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