Banda d'absorció

Archiu:Atmospheric Transmission.png

Bandes d'absorció en l'atmòsfera terrestre creades pels gasos d'efecte hivernàcul i els efectes sobre la radiació transmesa

Una banda d'absorció és un interval de llongituts d'ona o, equivalentemente, de freqüències o d'energies. Segons la mecànica quàntica, els àtoms i les molèculas poden solament absorbir certes cantitats d'energia o existir en estats específics. Quan dits quanta de radiació electromagnètica són emeses o absorbides per un àtom o una molècula, l'energia de la radiació canvia l'estat de l'àtom o de la molècula des d'un estat inicial a un estat final. El ranc de llongitut d'ona, en l'espectre electromagnètic, que constituïx la banda d'absorció és característic d'una transició particular des d'un estat inicial dau a un estat final en una substància donada.

Visió general

Archiu:AtomicLineAb.svg

Diagrama esquemàtic de l'absorció electromagnètica.

D'acort en la mecànica quàntica, els àtoms i molècules solament poden contindre certes cantitats definides d'energia, o poden existir en estats específics. Quan la radiació electromagnètica és absorbida per un àtom o molècula, l'energia de la radiació canvia l'estat de l'àtom o molècula d'un des d'un estat inicial a un estat final. El número d'estats en un ranc d'energia específic és discret per als sistemes gaseosos o diluïts, en nivelles d'energia discrets. Els sistemes condensados, com els líquits o els sòlits, tenen una contínua distribució de densitat d'estats i, a sovint, posseïxen bandes d'energia contínues. Per a que una substància canvie la seua energia, deu fer-ho en una série de "passos" per mig de l'absorció d'un fotó. Este procés d'absorció pot moure una partícula, com un electró, des d'un estat ocupat a un estat buit o desocupado. També pot moure tot un sistema vibrant o rotante, com una molècula, des d'un estat vibracional o rotacional a un atre o pot crear una cuasipartícula com un fonón o un plasmón en un sòlit.

Forma de banda i llínea

Archiu:MössbauerSpectrum57Fe.svg

Un espectre d'absorció de Mössbauer de ⁵⁷Fe en llínees molt definides

Artícul principal → en:Spectroscopic line shape.

Existix una gran varietat de bandes d'absorció i formes de llínea, i l'anàlisis de la forma de la banda o de la llínea es pot utilisar per a determinar l'informació sobre el sistema que la causa. En molts casos, és convenient supondre que una llínea espectral estreta és un lorentziano o gaussiano, depenent respectivament del mecanisme de descomposició o dels efectes de la temperatura, com l'eixamplada Doppler. L'anàlisis de la densitat espectral i les intensitat, l'ample i la forma de les llínees espectrals a voltes poden proporcionar molta informació sobre el sistema observat, com es fa en els espectres de Mössbauer.

En sistemes en un gran número d'estats com macromoléculas i grans sistemes conjugats, els nivells d'energia separats no sempre es poden distinguir en un espectre d'absorció. Si es coneix el mecanisme d'eixamplada de llínees i la forma de la densitat espectral és clarament visible en l'espectre, és possible obtindre les senyes desijades. A voltes és suficient conéixer els llímits inferiors o superiors de la banda o la seua posició per a un anàlisis.

Per a la matèria condensada i els sòlits, la forma de les bandes d'absorció a sovint està determinada per les transicions entre estats en la seua distribució contínua de densitat d'estats. Per als cristals, l'estructura de la banda electrònica determina la densitat dels estats. En decorreguts, vidres i sòlits amorfos, no existix una correlació de llarc alcanç i les relaciones de dispersió són isotrópicas. Açò fa que els càlculs de densitat d'estats de formes de bandes d'absorció siguen més fàcils. Para complexos de transferència de càrrega i sistemes conjugats, l'ample de banda està determinat per una varietat de factors.

Transicions electròniques

Les transicions electromagnètiques en àtoms, molècules i matèria condensada ocorren principalment en les parts visible i ultravioleta del espectre. Els electrons centrals dels àtoms, aixina com atres fenomens, s'observen per mig d'espectrometria d'absorció de rajos X. Les transicions electromagnètiques en el núcleu atòmic s'observen en l'espectroscopía de Mössbauer, que té lloc en els rajos gamma de l'espectre. Els principals factors que causen l'ampliació de la llínea espectral en una banda d'absorció d'un sòlit molecular són les distribucions de les energies vibratorias i rotacionales de les molècules en la mostra (i també les dels seus estats excitats).

Per a un sòlit fet de molècules, els factors principals que expliquen el estiramiento d'una llínea espectral en una banda d'absorció són les distribucions de les energies de vibració i de rotació de les molècules de la mostra, aixina com les dels seus estats excitats. Per als cristals sòlits, la forma de les bandes d'absorció està determinada per la densitat d'estats dels estats inicials i finals electrònics o de les vibracions de la ret, cridades fonones, en l'estructura cristalina. En l'espectroscòpia en fase gaseosa, l'estructura fina proporcionada per estos factors pot discernir-se, pero en l'espectroscòpia en estat de solució, les diferències en els microambientes moleculars amplien encara més l'estructura per a donar bandes suaus. Les bandes de transició electrònica de les molècules poden tindre una amplitut de decenes a varis centenars de nanómetros.

Transicions de vibració

Les transicions de vibració i les transicions de fonón òptics tenen lloc en la part infrarroja de l'espectre, en llongituts d'ona entre 1 i 30 micrones.

Transicions de rotació

Les transicions de rotació tenen lloc en les regions del infrarrojo lluntà i de microonas de l'espectre.

Atres transicions

Les bandes d'absorció en el domini radi s'observen per mig d'espectroscòpia de RMN. Els intervals de freqüències i intensitat estan determinats pels moments magnètics dels núcleus observats, el camp magnètic aplicat i les diferències en els números d'ocupació dels estats magnètics.