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La spettroscopia

by Adriana Carelli
Luce e prisma

Introduzione

La si occupa dell’esame e dell’interpretazione degli spettri della luce emessa nei momenti in cui la materia viene opportunamente eccitata. Lo spettro rappresenta un insieme di radiazioni, emesse o assorbite dagli atomi o dalle molecole, distribuite ed espresse in funzione della lunghezza d’onda o delle frequenze.

Lo spettro visibile riguarda le radiazioni corrispondenti all’intervallo di lunghezze d’onda più o meno compreso tra 0,4\mu m e 0,8\mu m nel vuoto.

Lo studio spettroscopico è stato fondamentale per capire la struttura atomica della materia.

Storicamente questa disciplina è nata con Newton quando mise sperimentalmente in evidenza la scomposizione della luce bianca nei componenti dell’arcobaleno per mezzo di un prisma trasparente.

Qua sotto un video sull’esperimento di Newton:

Dopo il 1850 la spettroscopia diventò parte della ricerca scientifica. Ciò avvenne con Bunsen e Kirchhoff i quali notarono che la frequenza delle righe spettrali, già osservate e classificate da Fraunhofer negli spettri ottici, poteva caratterizzare la natura degli elementi. I due ricercatori con questo nuovo metodo di indagine, scoprirono due nuovi elementi chimici, il rubidio e il cesio, ed indicarono la metodologia per studiare la composizione chimica della materia extraterrestre, accessibile mediante lo studio della radiazione proveniente dalle stelle.

Gli spettri vengono classificati in:

  • spettri di emissione;
  • spettri di assorbimento;

A loro volta, sia quelli di un tipo, che quelli dell’altro tipo si suddividono ulteriormente in:

  • spettri continui;
  • spettri di righe;
  • spettri di bande;

Lo

Lo spettro di emissione si ottiene nel caso in cui le radiazioni emesse da una sorgente opportunamente eccitata, vengono direttamente disperse nelle componenti monocromatiche mediante uno spettroscopio, chiamato spettrometro nel caso sia munito di scala graduata per misurare la lunghezza d’onda della radiazione.

A seconda della materia eccitata si può ottenere:

  • Uno spettro continuo: questo avviene quando lo spettro ricavato è una regione continua più o meno estesa, di lunghezze d’onda. Nel campo visibile si presenta con una successione continua di colori che si estendono dal rosso al violetto. Si ottiene principalmente, dalla materia in fase solida o liquida quando si riscalda molto velocemente.
Tipologie di spettri

Tipologie di spettri continui o a righe

  • Uno spettro a righe: in questo caso lo spettro ottenuto è formato da una sequenza discontinua più o meno numerosa, di righe separate su uno sfondo scuro. Ogni atomo di un elemento portato allo stato aeriforme, presenta uno spettro a righe che caratterizza la natura della materia emittente.
Spettro di emissione del ferro

Spettro di emissione del Ferro

  • Uno spettro a bande: in questo caso lo spettro ottenuto è formato da una successione assai fitta di righe che si addensano in corrispondenza di certe lunghezze d’onda. Si ottiene da gas di molecole poliatomiche i cui atomi sono chimicamente legati.

Lo

Questo tipo di spettro si ottiene interponendo sul cammino della radiazione in grado di ottenere uno spettro continuo, un gas che assorbe alcune componenti che lo attraversano. Si ottiene così una specie di arcobaleno, sovrapposto al quale le variopinte righe che caratterizzano il suo spettro di emissione, diventano righe nere, localizzate nella stessa posizione delle prime.

Lo

Lo spettro atomico è caratterizzato da una sequenza di righe, più o meno distinte e separate, alcune delle quali più intense delle altre.

Mediante l’analisi spettrale è possibile individuare l’elemento eccitato, la frequenza o la lunghezza d’onda delle righe ottenute che rappresentano una caratteristica fondamentale dell’elemento emittente.

Per esempio l’idrogeno emette una serie di righe aventi sempre la stessa lunghezza d’onda, il sodio un’altra successione, il ferro un’altra e il magnesio un’altra ancora.

Ogni spettro a righe è sempre caratteristico dell’elemento in quelle condizioni di eccitazione.

Rispetto alle tradizionali metodologie chimiche, la spettroscopia possiede il vantaggio di poter utilizzare piccolissime quantità di materia. Per riconoscere la presenza di un elemento, in genere, non è necessario identificare tutte le righe dello spettro, basta evidenziare alcune delle sue righe più intense.

Confrontando gli spettri di emissione e di assorbimento, forniti dalla stessa sostanza allo stato aeriforme, si nota una corrispondenza, rivelata da Kirchhoff, chiamata Principio di inversione dello spettro:

Ogni sostanza aeriforme è capace di assorbire quelle radiazioni che nelle stesse condizioni fisiche è anche capace di emettere.

A righe brillanti di emissione corrispondono a righe nere nello spettro di assorbimento.

La luce proveniente dal Sole

Lo spettro di assorbimento della luce proveniente dal Sole presenta uno sfondo continuo sul quale si notano moltissime righe nere dette righe di Fraunhofer.

Righe di Fraunhofer

Righe di Fraunhofer

La parte interna del Sole fornisce uno spettro continuo, ma poiché attraversa la cromosfera solare e l’atmosfera terrestre, per assorbimento si forma sullo spettro continuo una numerosa successione di righe scure, che permettono di individuare gli elementi aeriformi della cromosfera.

Anche lo spettro a righe della luce emessa da una stella può rilevare, se osservato correttamente, la natura chimica e l’abbondanza relativa degli elementi che si trovano sulla superficie esterna del corpo celeste.

Vedi anche:

Esperimenti di spettroscopia

 

Immagini:

  • Di Sassospicco – Italian Wikipedia: it:File:Linee spettrali.JPG, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=808500
  • Di User:nilda – Opera propria, Pubblico dominio, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=6781561
  • Foto di Hans Braxmeier da Pixabay

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1 comment

Federico Santarelli 21/04/2020 - 17:09

Molto interessante, sono soprattutto interessato a come gli elementi interferiscono con la viva luce, ad esempio, quella solare e di come purtroppo potrebbero essere artificiosamente applicati per sviluppare danni immani interponendosi in maniera crudelmente arbitrata tra la viva luce naturale degli astri e gli altri corpi che ne dovrebbero più naturalmente beneficiare, scusino la mia propensione a considerare le azioni (umane?) disastranti, sono una persona molto ferito da queste intenzioni, auguro in realtá buongiorno, buon lavoro e Meritocrazia reale Sempre, Ovunque, Comunque, Perché ci Crediamo attimo dopo giorno dopo anno! 💖 … 💖

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