Spettro
Che cos'è uno spettro?
In fisica il termine spettro è usato genericamente per indicare un diagramma che dà la distribuzione di una grandezza, di solito un'intensità in funzione di un'altra grandezza, di solito un'energia.
Più comunemente, per spettro s'intende la distribuzione dell'intensità di una radiazione (elettromagnetica, acustica, ecc.) in funzione dell'energia, della frequenza o di qualche altra grandezza a esse collegata.
Per esempio, uno spettro β rappresenta il numero degli elettroni emessi da una sostanza radioattiva in funzione dell'energia o della quantità di moto; uno spettro sonoro la distribuzione dell'energia delle onde sonore in un dato intervallo di frequenza.
Gli spettri per antonomasia sono però quelli delle radiazioni elettromagnetiche e, in particolare, di quelle ottiche visibili: essi danno l'energia raggiante in funzione della lunghezza d'onda o della frequenza della radiazione (per info: spettro elettromagnetico).
Gli spettri possono essere classificati in spettri di emissione e di assorbimento e quelli dell'uno o dell'altro tipo in spettri continui, spettri a righe e spettri a bande.
Spettri di emissione e di assorbimento
Si ha uno spettro di emissione quando le radiazioni ottiche emesse da una sorgente opportunamente eccitata (ad esempio mediante energia termica) vengono disperse, cioè separate in funzione della loro frequenza, mediante un prisma ottico.
Lo spettro di emissione può essere continuo o discontinuo ; in quest'ultimo caso lo spettro può essere a righe, a bande o constare di un insieme di righe e di bande (per info: differenza tra spettro continuo e spettro a righe).
Si ha uno spettro d'assorbimento quando s'interpone sul cammino dei raggi luminosi prodotti da una sorgente che emetta uno spettro continuo una sostanza che assorbe la radiazione che l'attraversa in corrispondenza di certe regioni più o meno estese dello spettro; le radiazioni assorbite dalla sostanza interposta sono esattamente quelle che la sostanza stessa emette quando viene eccitata.
Spettro di emissione (in alto) e spettro di assorbimento (in basso) dell'atomo di sodio. Sull'asse delle ascisse sono riportate le lunghezze d'onda espresse in nm (nanometri).
È importante precisare che gli spettri di emissione e di assorbimento sono caratteristici delle sostanze che li producono e pertanto permettono di determinare la natura di una sostanza mediante il suo spettro e viceversa.
Spettro continuo
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.
Spettro continuo di una lampadina ad incandescenza.
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 degli atomi o degli ioni del metallo di cui sono costituiti gli elettrodi, che si presentano sotto forma di righe brillanti ben separate le une dalle altre su un fondo scuro.
Spettro a righe dell'elio.
Spettro a bande
È uno spettro discontinuo, costituito da serie di righe molto vicine, caratteristico delle molecole e dei composti chimici.
Quando la radiazione emessa o assorbita dalle molecole è osservata con uno spettroscopio a scarso potere risolutivo, lo spettro risulta formato da righe asimmetriche molto larghe (bande) che hanno il massimo d'intensità nella regione a bassa frequenza (testa di banda).
Con spettroscopi di maggior potere risolutivo si può constatare che la maggior parte delle bande ottenute da molecole allo stato gassoso è costituita da righe la cui separazione e la cui intensità relativa sono tali da simulare l'aspetto di bande continue qualora il potere separatore sia scarso.
Interpretazione degli spettri
Uno spettro è caratterizzato dalla frequenza v o dalla lunghezza d'onda λ di ogni riga spettrale, dalle intensità assolute o relative delle righe, dalla loro larghezza e dalla forma in frequenza.
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