Pergi ke kandungan

Spektrum pancaran

Daripada Wikipedia, ensiklopedia bebas.

Spektrum pancaran (Jawi: ‏سڤيکتروم ڤانچرن‎‎) sesuatu unsur merupakan keamatan sinaran elektromagnet relatif untuk setiap frekuensi yang disinarkan oleh unsur itu ketika unsur itu dipanaskan.

Apabila elektron dalam unsur itu teruja, mereka melompat ke aras tenaga yang lebih tinggi. Elektron-elektron ini akan terus berada dalam keadaan teruja sehingga ia mencapai keadaan metastabil. Pada keadaan ini, elektron-elektron tersebut akan kembali ke aras tenaga rendah, dan meninggalkan keadaan teruja. Ketika menuju ke aras yang lebih rendah, tenaga akan disinarkan semula dengan kuantiti yang sama dengan kuantiti tenaga yang diterima oleh elektron untuk memasuki keadaan teruja. Tenaga yang dibebaskan ini akan menghasilkan panjang gelombang yang mana merujuk kepada garisan-garisan diskrit pada spektrum pancaran.

Spektrum pancaran boleh digunakan untuk menentukan komposisi sesuatu bahan, kerana ia berbeza bagi setiap unsur dalam jadual berkala.

Pancaran

[sunting | sunting sumber]

Dalam fizik, pancaran ialah proses di mana keadaan mekanik kuantum zarah yang mempunyai tenaga lebih tinggi ditukarkan kepada keadaan yang lebih rendah melalui pelepasan foton, menghasilkan cahaya. Frekuensi cahaya yang dipancarkan merupakan fungsi kepada tenaga peralihan tersebut.

Oleh sebab tenaga mesti dipelihara, perbezaan tenaga antara dua keadaan tersebut adalah sama dengan tenaga yang dibawa oleh foton. Keadaan tenaga bagi peralihan ini boleh menghasilkan pancaran merentasi julat frekuensi yang sangat luas. Sebagai contoh, cahaya tampak dipancarkan melalui gandingan keadaan elektronik dalam atom dan molekul (fenomena ini dikenali sebagai pendarfluor atau pendarfosfor). Sebaliknya, peralihan petala nuklear boleh memancarkan sinar gama bertenaga tinggi, manakala peralihan putaran nuklear memancarkan gelombang radio bertenaga rendah.

Kepancaran sesuatu objek mengukur jumlah cahaya yang dipancarkan olehnya. Ini boleh dikaitkan dengan sifat lain objek melalui hukum Stefan–Boltzmann. Bagi kebanyakan bahan, jumlah pancaran berubah mengikut suhu dan komposisi spektroskopi objek, yang membawa kepada kemunculan suhu warna dan garis pancaran. Pengukuran tepat pada pelbagai panjang gelombang membolehkan pengenalpastian sesuatu bahan melalui spektroskopi pancaran.

Sinaran pancaran lazimnya dihuraikan menggunakan mekanik kuantum separa klasik: aras tenaga zarah dan jaraknya ditentukan daripada mekanik kuantum, manakala cahaya dianggap sebagai medan elektrik berayun yang boleh mencetuskan peralihan jika ia berada dalam resonans dengan frekuensi semula jadi sistem. Masalah mekanik kuantum ini ditangani menggunakan teori gangguan bergantung masa dan membawa kepada hasil umum yang dikenali sebagai peraturan emas Fermi. Huraian ini telah digantikan oleh elektrodinamik kuantum, walaupun versi separa klasik masih lebih berguna dalam kebanyakan pengiraan praktikal.

Asal usul

[sunting | sunting sumber]

Apabila elektron dalam atom teruja, contohnya melalui pemanasan, tenaga tambahan tersebut menolak elektron ke orbital tenaga yang lebih tinggi. Apabila elektron kembali turun dan meninggalkan keadaan teruja, tenaga dipancarkan semula dalam bentuk foton. Panjang gelombang (atau setara dengannya, frekuensi) foton ditentukan oleh perbezaan tenaga antara dua keadaan tersebut. Foton yang dipancarkan ini membentuk spektrum unsur tersebut.

Hakikat bahawa hanya warna-warna tertentu muncul dalam spektrum pancaran atom sesuatu unsur menunjukkan bahawa hanya frekuensi cahaya tertentu yang dipancarkan. Setiap frekuensi ini berkaitan dengan tenaga melalui formula: iaitu ialah tenaga foton, ialah frekuensinya, dan ialah pemalar Planck.

Ini menunjukkan bahawa hanya foton dengan tenaga tertentu sahaja dipancarkan oleh atom. Prinsip spektrum pancaran atom ini menerangkan kepelbagaian warna dalam lampu neon, serta keputusan ujian nyalaan kimia.

Frekuensi cahaya yang boleh dipancarkan oleh atom bergantung kepada keadaan tenaga yang boleh diduduki oleh elektron. Apabila teruja, elektron bergerak ke aras tenaga atau orbital yang lebih tinggi. Apabila elektron kembali ke aras asasnya, cahaya dipancarkan.

Spektrum pancaran hidrogen

Rajah di atas menunjukkan spektrum pancaran cahaya tampak bagi hidrogen. Jika hanya satu atom hidrogen hadir, maka hanya satu panjang gelombang akan diperhatikan pada satu-satu masa. Beberapa pancaran yang mungkin diperhatikan kerana sampel mengandungi banyak atom hidrogen yang berada pada keadaan tenaga awal yang berbeza dan mencapai keadaan tenaga akhir yang berbeza. Gabungan berbeza ini menghasilkan pancaran serentak pada panjang gelombang yang berlainan.

Spektrum pancaran besi

Sinaran daripada molekul

[sunting | sunting sumber]

Selain peralihan elektronik yang dibincangkan di atas, tenaga molekul juga boleh berubah melalui peralihan putaran, getaran, dan vibronik (gabungan getaran dan elektronik). Peralihan tenaga ini sering membawa kepada kumpulan jarak dekat bagi pelbagai garis spektrum yang berbeza, yang dikenali sebagai jalur spektrum. Spektrum jalur yang tidak terlerai mungkin muncul sebagai spektrum selanjar.

Spektroskopi pancaran

[sunting | sunting sumber]

Cahaya terdiri daripada sinaran elektromagnet dengan pelbagai panjang gelombang. Oleh itu, apabila unsur atau sebatian dipanaskan sama ada dalam nyalaan atau melalui arka elektrik, ia memancarkan tenaga dalam bentuk cahaya. Analisis cahaya ini, dengan bantuan spektroskop, memberikan spektrum tak selanjar. Spektroskop atau spektrometer ialah instrumen yang digunakan untuk mengasingkan komponen cahaya yang mempunyai panjang gelombang berbeza. Spektrum ini muncul sebagai satu siri garisan yang dikenali sebagai spektrum garis. Spektrum garis ini dipanggil spektrum atom apabila ia berasal daripada atom dalam bentuk unsur. Setiap unsur mempunyai spektrum atom yang berbeza. Penghasilan spektrum garis oleh atom sesuatu unsur menunjukkan bahawa atom hanya boleh memancarkan sejumlah tenaga tertentu. Ini membawa kepada kesimpulan bahawa elektron terikat tidak boleh mempunyai sebarang nilai tenaga, tetapi hanya nilai tenaga tertentu yang khusus.

Spektrum pancaran boleh digunakan untuk menentukan komposisi sesuatu bahan, kerana ia berbeza bagi setiap unsur dalam jadual berkala. Salah satu contoh ialah spektroskopi astronomi: mengenal pasti komposisi bintang dengan menganalisis cahaya yang diterima. Ciri-ciri spektrum pancaran bagi sesetengah unsur dapat dilihat dengan jelas oleh mata kasar apabila unsur tersebut dipanaskan. Sebagai contoh, apabila dawai platinum dicelup ke dalam larutan natrium nitrat dan kemudian dimasukkan ke dalam nyalaan, atom natrium memancarkan warna kuning jingga. Begitu juga, apabila indium dimasukkan ke dalam nyalaan, nyalaan menjadi biru. Ciri-ciri tertentu ini membolehkan unsur dikenal pasti melalui spektrum pancaran atomnya. Tidak semua cahaya yang dipancarkan dapat dilihat oleh mata kasar, kerana spektrum juga merangkumi sinaran ultraungu dan inframerah. Spektrum pancaran terbentuk apabila gas teruja diperhatikan secara langsung melalui spektroskop.

Rajah skematik pancaran spontan

Spektroskopi pancaran ialah teknik spektroskopi yang mengkaji panjang gelombang foton yang dipancarkan oleh atom atau molekul semasa peralihannya daripada keadaan teruja kepada keadaan tenaga yang lebih rendah. Setiap unsur memancarkan set panjang gelombang diskret yang tersendiri mengikut struktur elektronnya, dan dengan memerhati panjang gelombang ini komposisi unsur dalam sampel dapat ditentukan. Spektroskopi pancaran berkembang pada akhir abad ke-19 dan usaha untuk menjelaskan secara teori spektrum pancaran atom akhirnya membawa kepada pembangunan mekanik kuantum.

Terdapat banyak cara untuk membawa atom ke keadaan teruja. Interaksi dengan sinaran elektromagnet digunakan dalam spektroskopi pendarfluor, proton atau zarah lebih berat dalam pancaran sinar-X teraruh zarah dan elektron atau foton sinar-X dalam spektroskopi sinar-X penyebaran tenaga atau pendarfluor sinar-X. Kaedah paling mudah ialah memanaskan sampel ke suhu tinggi, selepas itu pengujaan terhasil melalui perlanggaran antara atom dalam sampel. Kaedah ini digunakan dalam spektroskopi pancaran nyalaan, dan juga merupakan kaedah yang digunakan oleh Anders Jonas Ångström apabila beliau menemui fenomena garisan pancaran diskret pada tahun 1850-an.[1] Walaupun garisan pancaran disebabkan oleh peralihan antara keadaan tenaga terkuantisasi dan pada awalnya kelihatan sangat tajam, ia sebenarnya mempunyai lebar terhingga, iaitu terdiri daripada lebih daripada satu panjang gelombang cahaya. Pelebaran garis spektrum ini mempunyai pelbagai punca.

Spektroskopi pancaran sering dirujuk sebagai spektroskopi pancaran optik kerana sifat cahaya yang dipancarkan.

Sejarah

[sunting | sunting sumber]

Pada tahun 1756, Thomas Melvill memerhati pancaran corak warna yang berbeza apabila garam ditambahkan ke dalam nyalaan alkohol.[2] Menjelang tahun 1785, James Gregory menemui prinsip parutan belauan dan ahli astronomi Amerika David Rittenhouse menghasilkan parutan belauan kejuruteraan yang pertama.[3] Pada tahun 1821, Joseph von Fraunhofer, ahli fizik Jerman, memantapkan kemajuan eksperimen penting ini dengan menggantikan prisma sebagai sumber serakan panjang gelombang, sekali gus meningkatkan resolusi spektrum dan membolehkan panjang gelombang yang tersebar diukur secara kuantitatif.

Pada tahun 1835, Charles Wheatstone melaporkan bahawa logam berbeza boleh dibezakan melalui garisan terang dalam spektrum pancaran percikan elektriknya, sekali gus memperkenalkan alternatif kepada spektroskopi nyalaan. [4][5] Pada tahun 1849, J. B. L. Foucault menunjukkan secara eksperimen bahawa garisan serapan dan pancaran pada panjang gelombang yang sama berpunca daripada bahan yang sama, dengan perbezaannya terletak pada suhu sumber cahaya.[6][7] Pada tahun 1853, ahli fizik Sweden Anders Jonas Ångström membentangkan pemerhatian dan teori mengenai spektrum gas.[8][9][10] Ångström mengemukakan bahawa gas pijar memancarkan sinaran bercahaya pada panjang gelombang yang sama dengan yang boleh diserapnya. Pada masa yang sama, George Stokes dan William Thomson (Kelvin) turut membincangkan andaian yang serupa. Ångström juga mengukur spektrum pancaran hidrogen yang kemudiannya dikenali sebagai garis Balmer.[11]

Pada tahun 1854 dan 1855, David Alter menerbitkan pemerhatian mengenai spektrum logam dan gas, termasuk pemerhatian bebas terhadap garis Balmer hidrogen.[12][13][14] Menjelang tahun 1859, Gustav Kirchhoff dan Robert Bunsen mendapati bahawa beberapa garis Fraunhofer (garisan dalam spektrum suria) berpadanan dengan garisan pancaran ciri yang dikenal pasti dalam spektrum unsur yang dipanaskan.[15][16] Kesimpulan yang tepat dibuat bahawa garisan gelap dalam spektrum suria disebabkan oleh penyerapan oleh unsur kimia dalam atmosfera suria.[17]

Lihat juga

[sunting | sunting sumber]

Rujukan

[sunting | sunting sumber]
  1. ↑ Incorporated, SynLube. "Spectroscopy Oil Analysis". www.synlube.com (dalam bahasa Inggeris). Dicapai pada 2017-02-24.
  2. ↑ Melvill, Thomas (1756). "Observations on light and colours". Essays and Observations, Physical and Literary. Read Before a Society in Edinburgh. 2: 12–90. ; lihat hlm. 33–36.
  3. ↑ See: Frauhofer. Jos. (1821) "Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben" (New modification of light by the mutual influence and the diffraction of [light] rays, and the laws thereof), Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München (Memoirs of the Royal Academy of Science in Munich), 8: 3–76. Fraunhofer, Jos. (1823) "Kurzer Bericht von den Resultaten neuerer Versuche über die Gesetze des Lichtes, und die Theorie derselben" (Short account of the results of new experiments on the laws of light, and the theory thereof) Annalen der Physik, 74(8): 337–378.Parker AR (March 2005). "A geological history of reflecting optics". Journal of the Royal Society, Interface. 2 (2): 1–17. doi:10.1098/rsif.2004.0026. PMC 1578258. PMID 16849159.
  4. ↑ Brian Bowers (2001). Sir Charles Wheatstone FRS: 1802-1875 (ed. 2nd). IET. m/s. 207–208. ISBN 978-0-85296-103-2.
  5. ↑ Wheatstone (1836). "On the prismatic decomposition of electrical light". Report of the Fifth Meeting of the British Association for the Advancement of Science; Held at Dublin in 1835. Notices and Abstracts of Communications to the British Association for the Advancement of Science, at the Dublin Meeting, August 1835. London, England: John Murray. m/s. 11–12.
  6. ↑ Foucault, L. (1849). "Lumière électrique" [Electric light]. Société Philomatique de Paris. Extraits des Procès-Verbaux de Séances. (dalam bahasa French). 13: 16–20.CS1 maint: unrecognized language (link)
  7. ↑ Foucault, L. (7 February 1849). "Lumière électrique" [Electric light]. L'Institut, Journal Universel des Sciences (dalam bahasa French). 17 (788): 44–46.CS1 maint: unrecognized language (link)
  8. ↑ Ångström, A.J. (1852). "Optiska undersökningar" [Optical investigations]. Kongliga Vetenskaps-Akademiens Handlingar [Proceedings of the Royal Academy of Science] (dalam bahasa Swedish). 40: 333–360.CS1 maint: unrecognized language (link)
  9. ↑ Ångström, A.J. (1855a). "Optische Untersuchungen" [Optical investigations]. Annalen der Physik und Chemie (dalam bahasa German). 94: 141–165.CS1 maint: unrecognized language (link)
  10. ↑ Ångström, A.J. (1855b). "Optical researches". Philosophical Magazine. 4th series. 9: 327–342. doi:10.1080/14786445508641880.
  11. ↑ Wagner, H. J. (2005). "Early Spectroscopy and the Balmer Lines of Hydrogen". Journal of Chemical Education. 82 (3): 380. Bibcode:2005JChEd..82..380W. doi:10.1021/ed082p380.1.(Ångström, 1852), hlm. 352; (Ångström, 1855b), hlm. 337.
  12. ↑ Retcofsky, H. L. (2003). "Spectrum Analysis Discoverer?". Journal of Chemical Education. 80 (9): 1003. Bibcode:2003JChEd..80.1003R. doi:10.1021/ed080p1003.1.
  13. ↑ Alter, David (1854). "On certain physical properties of light, produced by the combustion of different metals, in the electric spark, refracted by a prism". The American Journal of Science and Arts. 2nd series. 18: 55–57.
  14. ↑ Alter, D. (1855). "On certain physical properties of the light of the electric spark, within certain gases, as seen through a prism". The American Journal of Science and Arts. 2nd series. 19: 213–214. Pemerhatian Alter terhadap spektrum optik hidrogen muncul pada hlm. 213.
  15. ↑ Gustav Kirchhoff (1859) "Ueber die Fraunhofer'schen Linien" (On Fraunhofer's lines), Monatsbericht der Königlichen Preussische Akademie der Wissenschaften zu Berlin (Monthly report of the Royal Prussian Academy of Sciences in Berlin), 662–665. Gustav Kirchhoff (1859) "Ueber das Sonnenspektrum" (On the sun's spectrum), Verhandlungen des naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg (Proceedings of the Natural History / Medical Association in Heidelberg), 1 (7) : 251–255.
  16. ↑ G. Kirchhoff (1860). "Ueber die Fraunhofer'schen Linien". Annalen der Physik. 185 (1): 148–150. Bibcode:1860AnP...185..148K. doi:10.1002/andp.18601850115.
  17. ↑ G. Kirchhoff (1860). "Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht". Annalen der Physik. 185 (2): 275–301. Bibcode:1860AnP...185..275K. doi:10.1002/andp.18601850205.

Pautan luar

[sunting | sunting sumber]
Diambil daripada "https://ms.wikipedia.org/w/index.php?title=Spektrum_pancaran&oldid=6832904"