Spettri di emissione e di assorbimento

Gli spettri possono essere definiti come l'impronta atomica della materia. 

Spettri di emissione

Gli spettri ad emissione, tipici della luce emanata da una sorgente luminosa, si possono suddividere in due sottocategorie:

• Spettri di emissione continui
• Spettri di emissione a righe

Spettri di emissione continui

Questi spettri sono tipici di tutti i corpi incandescenti solidi, liquidi e gas fortemente compressi. Sono spettri caratterizzati da una successione di colori sfumati l'uno nell'altro, come mostrato in figura.

Spettri di emissione a righe

Gli spettri di emissione a righe sono tipici dei gas incandescenti a bassa pressione.

Tale spettro è caratterizzato da nette righe colorate su sfondo nero. Ciascuna banda corrisponde alla radiazione che l'elemento è in grado di emettere. Il numero di righe, la loro colorazione, la loro lunghezza d'onda e frequenza variano al variare del gas preso in esame in quanto ogni elemento gassoso o reso tale ha il proprio spettro di emissione.

Spettri di assorbimento

Quando la radiazione continua proveniente da un corpo solido o liquido passa attraverso un gas o un vapore, si constata che allo spettro continuo mancano certe radiazioni monocromatiche, le quali sono state assorbite dal gas interposto.

Questo tipo di spettro prende il nome di spettro di assorbimento e presenta una o più righe nere su sfondo colorato continuo.

Se si confronta lo spettro di emissione con quello di assorbimento di una stessa sostanza, si può notare che le righe nere dello spettro di assorbimento coincidono con le righe colorate dello spettro di emissione.

I due spettri, quindi, si corrispondono come una fotografia al proprio negativo.

Infatti tutte le sostanze sono in grado di assorbire radiazioni luminose della stessa lunghezza d'onda e frequenza di quelle che sono in grado di emettere.

Esempio di uno spettro di emissione a confronto con quello di assorbimento:

Spettro dell'idrogeno

La conoscenza degli spettri di emissione di molti elementi spinse alcuni scienziati a chiedersi quale relazione esistesse tra le righe dello spettro e la lunghezza d'onda.

Lo spettro dell'idrogeno è il più semplice degli spettri a righe dal momento che questo atomo è costituito solo dal nucleo contenente un protone attorno al quale si muove un elettrone. Affinché un elettrone passi dallo stato fondamentale ad uno ad energia maggiore è necessario somministrargli energia. Se invece l'elettrone si trova in un livello ad alta energia e passa ad un livello a energia minore esso rilascia una certa quantità di energia sotto forma di radiazione.

Il primo a riconoscere un andamento regolare delle righe nella regione visibile dello spettro fu Joseph Balmer che nel 1885 notò che la lunghezza d'onda delle righe si poteva riproporre con l'espressione:

Poco dopo lo spettroscopista svedese Johannes Rydberg propose una formula più utile:

Balmer studia lo spettro dell'idrogeno nel campo del visibile, Paschen nel campo dell'infrarosso e Lyman nell'ultravioletto.

Spettro elettromagnetico solare

Dal punto di vista radiativo il Sole è un emettitore perfetto: ciò significa che si comporta come un corpo che assorbe tutta la radiazione incidente senza riflessione alcuna; nel linguaggio della fisica si comporta come un "corpo nero".

Il suo spettro di emissione, ossia la distribuzione dell'intensità energetica della radiazione in funzione della lunghezza d'onda, dipende solo dalla temperatura della superficie esterna, che corrisponde a 5500°C.

Le lunghezze d'onda sono associate all'energia trasportata dai singoli quanti di cui la radiazione solare si compone: i raggi ultravioletti e gamma, molto energetici, temuti per i danni che possono procurare al nostro organismo, sono caratterizzati da lunghezze d'onda molto piccole; all'altro estremo dell'asse delle lunghezze si situano invece i raggi infrarossi e le onde radio, poco energetici.

Le lunghezze d'onda intermedie costituiscono lo spettro visibile a occhio nudo e sono percepite secondo le tonalità che vanno dal violetto al rosso.

La luce bianca che è quella del campo del visibile è data dall'insieme delle radiazioni che vanno dal rosso al violetto.

Nell'attraversare l'atmosfera, una frazione dei raggi solari viene assorbita o deviata (scattering) a seguito degli urti con le molecole dell'atmosfera stessa. L'attenuazione interessa tutte le lunghezze d'onda dello spettro, però in maniera differenziata, per cui lo spettro elettromagnetico solare risultante assume un profilo irregolare.

La curva più alta si riferisce al profilo rilevabile alla sommità dell'atmosfera, rappresentando all'incirca quella di emissione di un corpo nero alla temperatura di 5780 K. I lievi scostamenti rispetto al profilo irregolare del corpo nero sono dovuti all'assorbimento da parte delle molecole e degli atomi vaganti nello spazio interplanetario.

La curva più bassa si riferisce, invece, al profilo riscontrabile al livello del suolo; le irregolarità sono dovuto alla massiccia presenza di molecole nello strato atmosferico, le quali assorbono i raggi in maniera selettiva, causando picchi verso il basso in corrispondenza di determinate lunghezze d'onda.

Ref: http://progettistudentimaironi.altervista.org/UDAALSA2/glispettri.htm

SPETTROSCOPIA SOLARE: http://spettroscopia.uai.it/Spettroscopia%20solare.htm