SPETTRO DI ASSORBIMENTO: ASSORBIMENTO ATOMICO, VISIBILE E MOLECOLARE - CHIMICA - 2026

Uno spettro di assorbimento è quel prodotto dell'interazione della luce con un materiale o una sostanza in uno qualsiasi dei suoi stati fisici. Ma la definizione va oltre la semplice luce visibile, poiché l'interazione comprende un ampio segmento della gamma di lunghezze d'onda e dell'energia della radiazione elettromagnetica.

Pertanto, alcuni solidi, liquidi o gas, possono assorbire fotoni di diverse energie o lunghezze d'onda; dalla radiazione ultravioletta, seguita dalla luce visibile, alla radiazione o luce infrarossa, che entra nelle lunghezze d'onda delle microonde.

Fonte: Circe Denyer tramite PublicDomainPictures

L'occhio umano percepisce solo le interazioni della materia con la luce visibile. Allo stesso modo, è in grado di contemplare la diffrazione della luce bianca attraverso un prisma o un mezzo nelle sue componenti colorate (immagine in alto).

Se il raggio di luce venisse "catturato" dopo aver percorso un materiale e analizzato, si troverebbe l'assenza di certe bande di colore; cioè, si osserverebbero strisce nere in contrasto con il suo sfondo. Questo è lo spettro di assorbimento e la sua analisi è fondamentale nella chimica analitica strumentale e nell'astronomia.

Assorbimento atomico

Fonte: Almuazi, da Wikimedia Commons

L'immagine in alto mostra un tipico spettro di assorbimento per elementi o atomi. Notare che le bande nere rappresentano le lunghezze d'onda assorbite, mentre le altre sono quelle emesse. Ciò significa che, al contrario, uno spettro di emissione atomica apparirebbe come una banda nera con strisce di colori emessi.

Ma cosa sono queste strisce? Come sapere in breve se gli atomi assorbono o emettono (senza introdurre fluorescenza o fosforescenza)? Le risposte si trovano negli stati elettronici consentiti degli atomi.

Transizioni ed energie elettroniche

Gli elettroni sono in grado di allontanarsi dal nucleo lasciandolo caricato positivamente mentre passano da un orbitale di energia inferiore a uno di energia superiore. Per questo, spiegato dalla fisica quantistica, assorbono fotoni di una specifica energia per effettuare detta transizione elettronica.

Pertanto, l'energia è quantizzata e non assorbiranno la metà o i tre quarti di un fotone, ma valori di frequenza specifici (ν) o lunghezze d'onda (λ).

Una volta che l'elettrone è eccitato, non rimane per un tempo illimitato nello stato elettronico di energia superiore; rilascia l'energia sotto forma di un fotone e l'atomo ritorna al suo stato fondamentale o originale.

A seconda che i fotoni assorbiti siano registrati, si otterrà uno spettro di assorbimento; e se i fotoni emessi vengono registrati, il risultato sarà uno spettro di emissione.

Questo fenomeno può essere osservato sperimentalmente se i campioni gassosi o atomizzati di un elemento vengono riscaldati. In astronomia, confrontando questi spettri, è possibile conoscere la composizione di una stella e persino la sua posizione rispetto alla Terra.

Spettro visibile

Come si può vedere nelle prime due immagini, lo spettro visibile comprende i colori dal viola al rosso e tutte le loro sfumature rispetto a quanto assorbe il materiale (tonalità scure).

Le lunghezze d'onda della luce rossa corrispondono a valori da 650 nm in poi (fino a quando non scompaiono nella radiazione infrarossa). E all'estrema sinistra, i toni viola e viola coprono valori di lunghezza d'onda fino a 450 nm. Lo spettro visibile varia quindi da 400 a 700 nm circa.

All'aumentare di λ, la frequenza del fotone diminuisce e quindi la sua energia. Pertanto, la luce viola ha un'energia maggiore (lunghezze d'onda più corte) rispetto alla luce rossa (lunghezze d'onda più lunghe). Pertanto, un materiale che assorbe la luce viola implica transizioni elettroniche di energie superiori.

E se il materiale assorbe il colore viola, quale colore rifletterà? Apparirà giallo-verdastro, il che significa che i suoi elettroni compiono transizioni molto energiche; Mentre se il materiale assorbe il colore rosso a bassa energia, rifletterà un colore verde-bluastro.

Quando un atomo è molto stabile, generalmente mostra stati elettronici molto distanti nell'energia; e quindi dovrai assorbire fotoni di energia più elevata per consentire transizioni elettroniche:

Fonte: Gabriel Bolívar

Spettro di assorbimento delle molecole

Le molecole hanno atomi e questi assorbono anche la radiazione elettromagnetica; tuttavia, i loro elettroni fanno parte del legame chimico, quindi le loro transizioni sono diverse. Uno dei grandi trionfi della teoria degli orbitali molecolari è la sua capacità di correlare gli spettri di assorbimento alla struttura chimica.

Pertanto, i legami singoli, doppi, tripli, coniugati e le strutture aromatiche hanno i loro stati elettronici; e quindi assorbono fotoni molto specifici.

Avendo più atomi, oltre alle interazioni intermolecolari, e alle vibrazioni dei loro legami (che assorbono anche energia), gli spettri di assorbimento delle molecole hanno la forma di "montagne", che indicano le bande che compongono le lunghezze d'onda dove si verificano transizioni elettroniche.

Grazie a questi spettri, un composto può essere caratterizzato, identificato e persino quantificato tramite analisi multivariata.

Blu di metilene

Fonte: Wnt, da Wikimedia Commons

L'immagine in alto mostra lo spettro dell'indicatore blu di metilene. Come indica evidentemente il nome, è blu; ma si può controllare con il suo spettro di assorbimento?

Notare che ci sono bande tra le lunghezze d'onda di 200 e 300 nm. Tra 400 e 500 nm non c'è quasi nessun assorbimento, cioè non assorbe i colori viola, blu o verde.

Tuttavia, ha una forte banda di assorbimento dopo 600 nm e quindi ha transizioni elettroniche a bassa energia che assorbono i fotoni della luce rossa.

Di conseguenza, e dati gli alti valori di assorbimento molare, il blu di metilene presenta un colore blu intenso.

Clorofille a e b

Fonte: Serge Helfrich, da Wikimedia Commons

Come si può vedere nell'immagine, la linea verde corrisponde allo spettro di assorbimento della clorofilla a, mentre la linea blu corrisponde a quello della clorofilla b.

Innanzitutto, si devono confrontare le bande in cui le assorbanze molari sono maggiori; in questo caso, quelli a sinistra, tra 400 e 500 nm. La clorofilla a assorbe fortemente i colori viola, mentre la clorofilla b (linea blu) assorbe i colori blu.

Assorbendo la clorofilla b intorno a 460 nm, si riflette il colore blu, giallo. D'altra parte, assorbe anche fortemente vicino a 650 nm, luce arancione, il che significa che esibisce il colore blu. Se il giallo e il blu si mescolano, qual è il risultato? Il colore verde.

Infine, la clorofilla a assorbe il colore blu-violetto e anche una luce rossa prossima a 660 nm. Pertanto, presenta un colore verde "ammorbidito" dal giallo.

Riferimenti

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2. Campus dell'Università di Rabanales. (Sf). Spettrofotometria: spettri di assorbimento e quantificazione colorimetrica di biomolecole. . Estratto da: uco.es
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6. Khan Academy. (2018). Linee di assorbimento / emissione. Estratto da: khanacademy.org