Spektralna Črta

Spektralna črta je lahko posledica oddajanja ali absorpcije svetlobe v ozkem frekvenčnem območju v primerjavi z bližnjimi frekvencami. Spektralne črte se pogosto uporabljajo za identifikacijo atomov in molekul. Te "prstne odtise" je mogoče primerjati s predhodno zbranimi "prstnimi odtisi" izbranih atomov in molekul in jih uporabiti za identifikacijo atomskih in molekularnih komponent zvezd in planetov, kar bi bilo sicer nemogoče.

Zvezni spekter

Emisijske črte (diskretni spekter)

Absobcijske črte (diskretni spekter)

 

Spektralna črta je rezultat interakcije med fotonom in kvantnim sistemom, običajno atoma, včasih tudi molekule ali atomskega jedra. Če ima foton približno pravo količino energije, ki je povezana z njegovo frekvenco, da omogoči spremembo energijskega stanja sistema, v primeru atoma je to običajno elektron, ki spreminja orbitale, se foton absorbira. Ko se absorbirana energija zatem spontano odda, bodisi kot foton na isti frekvenci kot prvotni bodisi kot kaskada, v kateri je vsota energij oddanih fotonov enaka energiji absorbiranega fotona, ob predpostavki, da sistem vrne v prvotno stanje.

Spektralne črte so zelo specifične za atome in jih je mogoče uporabiti za identifikacijo kemične sestave katerega koli medija. Več elementov, vključno s helijem, talijem in cezijem, je bilo odkritih ravno s spektroskopijo. Spektralne črte so odvisne tudi od temperature in gostote materiala, zato se pogosto uporabljajo za določanje fizičnih pogojev zvezd in drugih nebesnih teles, ki jih ni mogoče analizirati z drugimi sredstvi.

Spekter elektromagnetnega valovanja ima razpon od žarkov gama s frekvenco 3×10²⁰ Hz in valovno dolžino 10^-12 m do radijskih valov s frekvenco 3×10⁵ Hz in valovno dolžino 1 km.

Krepke spektralne črte v vidnem delu elektromagnetnega spektra imajo pogosto edinstveno oznako Fraunhoferjeve črte, kot je na primer K za črto z valovno dolžino 393,366 nm, ki izhaja iz enojno ioniziranega kalcijevega atoma Ca⁺. Nekatere Fraunhoferjeve črte so mešanice črt več različnih atomov.

V drugih primerih so črte označene glede na stopnjo ionizacije tako, da se oznaki kemičnega elementa doda rimska številka. Nevtralni atomi se označujejo z rimsko številko I, ionizirani atomi pa z II itd.:

Cu II — bakrov ion z nabojem +1, Cu¹⁺
Fe III — železov ion z nabojem +2, Fe²⁺

Podrobnejše oznake običajno vključujejo valovno dolžino črte in lahko vključujejo multipletno število (za atomske črte) ali oznako pasu (za molekularne črte). Številne spektralne črte atomskega vodika imajo tudi oznake znotraj njegovih ustreznih serij, kot sta Lymanova serija ali Balmerjeva serija. Prvotno so bile vse spektralne črte razvrščene v glavno, ostro in difuzno serijo. Te serije obstajajo v atomih vseh elementov. Njihovi vzorci so za vse atome dobro predvideni z Rydberg-Ritzovo formulo. Te serije so kasneje povezali s podorbitalami.

Oblika spektralne črte je odvisna od več vplivov. Spektralna črta se razteza preko ozkega spektralnega pasu z razponom frekvenc, različnim od nič, in ne ene same frekvence. Njeno središče se lahko premakne z nominalne osrednje valovne dolžine. Razlogov za širjenje in premikanje je več. Razloge je mogoče razdeliti v dve splošni kategoriji – širjenje zaradi lokalnih razmer in širjenje zaradi razširjenih pogojev. Razširitev zaradi lokalnih pogojev je posledica učinkov, ki veljajo v majhnem območju okoli oddajnega elementa, običajno dovolj majhnem, da zagotovi lokalno termodinamično ravnovesje. Razširitev zaradi razširjenih pogojev je lahko posledica vplivov na poti od vira do opazovalca, na primer združevanja sevanj iz več med seboj oddaljenih virov.

Pasovi

Če besedna zveza "spektralne črte" ni kvalificirana, se običajno nanaša na črte z valovno dolžino v vidnem pasu celotnega elektromagnetnega spektra. Veliko spektralnih črt je na valovnih dolžinah izven tega območja. Črte s krajšimi valovnimi dolžinami, ki ustrezajo višjim energijam, so v ultravijoličnem delu spektra. Mednje spadajo na primer spektralne črte Lymanove serije vodika. Črte s še krajšimi valovnimi dolžinami v pasu rentgenskih žarkov ostanejo za dani kemični element večinoma nespremenjene in so neodvisne od njihovega kemičnega okolja. Daljše valovne dolžine ustrezajo nižjim energijam. Med infrardeče spektralne črte spada na primer Pashenova serija vodika. Pri še daljših valovnih dolžinah vključuje radijski spekter 21-cm črto, ki se uporablja za zaznavanje nevtralnega vodika v celotnem vesolju.

Vidna svetloba

Vsi elementi v naslednji preglednici imajo spektralne črte v vidnem spektru pri valovnih dolžinah okoli 400-700 nm.

Spektralne črte kemičnih elementov

Element	Z	Simbol	Spektralne črte
vodik	1	H
helij	2	He
litij	3	Li
berilij	4	Be
bor	5	B
ogljik	6	C
dušik	7	N
kisik	8	O
fluor	9	F
neon	10	Ne
natrij	11	Na
magnezij	12	Mg
aluminij	13	Al
silicij	14	Si
fosfor	15	P
žveplo	16	S
klor	17	Cl
argon	18	Ar
kalij	19	K
kalcij	20	Ca
skandij	21	Sc
titan	22	Ti
vanadij	23	V
krom	24	Cr
mangan	25	Mn
železo	26	Fe
kobalt	27	Co
nikelj	28	Ni
baker	29	Cu
cink	30	Zn
galij	31	Ga
germanij	32	Ge
arzen	33	As
selen	34	Se
brom	35	Br
kripton	36	Kr
rubidij	37	Rb
stroncij	38	Sr
itrij	39	Y
cirkonij	40	Zr
niobij	41	Nb
molibden	42	Mo
tehnecij	43	Tc
rutenij	44	Ru
rodij	45	Rh
paladij	46	Pd
srebro	47	Ag
kadmij	48	Cd
indij	49	In
kositer	50	Sn
antimon	51	Sb
telur	52	Te
jod	53	I
ksenon	54	Xe
cezij	55	Cs
barij	56	Ba
lantan	57	La
cerij	58	Ce
prazeodim	59	Pr
neodim	60	Nd
prometij	61	Pm
samarij	62	Sm
evropij	63	Eu
gadolinij	64	Gd
terbij	65	Tb
disprozij	66	Dy
holmij	67	Ho
erbij	68	Er
tulij	69	Tm
iterbij	70	Yb
lutecij	71	Lu
hafnij	72	Hf
tantal	73	Ta
volfram	74	W
renij	75	Re
osmij	76	Os
iridij	77	Ir
platina	78	Pt
zlato	79	Au
živo srebro	80	Hg
talij	81	Tl
svinec	82	Pb
bizmut	83	Bi
polonij	84	Po
astat	85	At
radon	86	Rn
francij	87	Fr
radij	88	Ra
aktinij	89	Ac
torij	90	Th
protaktinij	91	Pa
uran	92	U
neptunij	93	Np
plutonij	94	Pu
americij	95	Am
kirij	96	Cm
berkelij	97	Bk
kalifornij	98	Cf
ajnštajnij	99	Es
fermium–oganesson	101–118	Fm–Og