Spectroscopie Schriftelijk: termen, open vragen (meestal kort / wrm), oefeningen
1 Inleiding
1.1 EM-stralen
Spectroscopie = meten en bestuderen van spectra
→ meestal interactie van EM-straling met materie (atomen, moleculen, kernen)
Als chemische stoffen EM straling afzwakken → absorbtiespectroscopie
Als chemische stoffen EM straling uitzenden → emissiespectroscopie
Soorten straling:
Hoge energie
- γ-stralen: verandering van configuratie van de kern Korte λ
- X-stralen: elektronische transitie van binnenste elektronen
- UV-VIS: elektronische transities van valentie- of bindingselektronen
- IR: verandering van vibraties in moleculen
- microgolf: verandering in rotaties in moleculen
- ESR: verandering in spinoriëntatie van een elektron
Lage energie
- NMR: verandering in spinoriëntatie van een kern
Lange λ
Een golfbeweging wordt gekenmerkt door een aantal grootheden:
o golflengte (λ): afstand tussen 2 golftoppen
o frequentie (ν): aantal golftoppen gedurende een welbepaalde tijd (uitgedrukt in s-1 of Hz)
o periode (T): tijd tussen 2 opeenvolgende golftoppen (T = 1 /ν)
o golfgetal (σ): aantal golftoppen op een bepaalde afstand (σ = 1/λ)
Voortplantingssnelheid EM-straling: c = ν.λ = 3 . 108 m/s (lichtsnelheid)
EM straling bestaat uit fotonen die een bepaalde energie en frequentie bezitten, weergegeven door de wet
van Planck:
E = h. ν = h.c / λ
,Het elektromagnetisch spectrum:
1.2 Studie van spectra
Bepaalde frequenties kunnen worden weergehouden worden: absorptie.
Hierdoor wordt stralingsenergie overgedragen waardoor het atoom in een aangeslagen toestand komt.
Deze toestand is onstabiel, waardoor het overschot aan energie terug uitgezonden zal worden: emissie.
1.2.1 Soorten spectra:
Het soort spectrum wordt bepaald door de aard, de fysische toestand en de omgeving v/d component:
1. Continu spectra (vaste stoffen) → ben je niet veel mee
2. Lijnenspectra (atomen) → identificatie en hoeveel
3. Bandenspectra (moleculen) → enkel hoeveel (niet welke) (buiten IR, enkel welke)
, 1.2.2 Continu spectra
In vaste stoffen zijn atomen zeer dicht op elkaar geplakt
waardoor ze hun individueel gedrag verliezen. De individuele
energietoestanden worden zodanig verstoord dat alle
energietoestanden en golflengtes mogelijk zijn = continu spectra.
De oppervlakte v/d curve is temperatuurafhankelijk. Het is een maat voor de totale energie v/d emissie.
1.2.3 Lijnenspectra
Grondtoestand = de laagste energetische toestand van een elektron, de meest
stabiele toestand.
Aangeslagen toestand = onstabiele toestand dus een elektron wil de extra
energie snel kwijt. Het uitzenden van die energie noemen we emissie.
Een elektron gaat van de het ene atoom (bepaald energieniveau) naar een ander
atoom (ander bepaald energieniveau). Het energieverschil komt overeen met een
bepaalde golflengte/frequentie en dus een welbepaalde lijn in het spectrum.
Meer energie toevoegen zorgt voor meer en intensere lijnen, maar heeft geen invloed op de golflengte!
1.2.4 Bandenspectra
Moleculen bezitten naast energie van de elektronen ook vibrationele en rotationele energie.
E = Eelektron + Evibratie + Erotatie
met Eelektron > Evibratie > Erotatie
Bij elk elektronisch niveau zijn er een aantal vibratieniveaus en bij elk vibratieniveau zijn er een aantal
rotatieniveaus.
➔ Het aantal energieniveaus in moleculen is dus veel groter dan bij atomen (100-1000 lijnen)
➔ Zo dicht bij elkaar dat ze veranderen in banden
1 Inleiding
1.1 EM-stralen
Spectroscopie = meten en bestuderen van spectra
→ meestal interactie van EM-straling met materie (atomen, moleculen, kernen)
Als chemische stoffen EM straling afzwakken → absorbtiespectroscopie
Als chemische stoffen EM straling uitzenden → emissiespectroscopie
Soorten straling:
Hoge energie
- γ-stralen: verandering van configuratie van de kern Korte λ
- X-stralen: elektronische transitie van binnenste elektronen
- UV-VIS: elektronische transities van valentie- of bindingselektronen
- IR: verandering van vibraties in moleculen
- microgolf: verandering in rotaties in moleculen
- ESR: verandering in spinoriëntatie van een elektron
Lage energie
- NMR: verandering in spinoriëntatie van een kern
Lange λ
Een golfbeweging wordt gekenmerkt door een aantal grootheden:
o golflengte (λ): afstand tussen 2 golftoppen
o frequentie (ν): aantal golftoppen gedurende een welbepaalde tijd (uitgedrukt in s-1 of Hz)
o periode (T): tijd tussen 2 opeenvolgende golftoppen (T = 1 /ν)
o golfgetal (σ): aantal golftoppen op een bepaalde afstand (σ = 1/λ)
Voortplantingssnelheid EM-straling: c = ν.λ = 3 . 108 m/s (lichtsnelheid)
EM straling bestaat uit fotonen die een bepaalde energie en frequentie bezitten, weergegeven door de wet
van Planck:
E = h. ν = h.c / λ
,Het elektromagnetisch spectrum:
1.2 Studie van spectra
Bepaalde frequenties kunnen worden weergehouden worden: absorptie.
Hierdoor wordt stralingsenergie overgedragen waardoor het atoom in een aangeslagen toestand komt.
Deze toestand is onstabiel, waardoor het overschot aan energie terug uitgezonden zal worden: emissie.
1.2.1 Soorten spectra:
Het soort spectrum wordt bepaald door de aard, de fysische toestand en de omgeving v/d component:
1. Continu spectra (vaste stoffen) → ben je niet veel mee
2. Lijnenspectra (atomen) → identificatie en hoeveel
3. Bandenspectra (moleculen) → enkel hoeveel (niet welke) (buiten IR, enkel welke)
, 1.2.2 Continu spectra
In vaste stoffen zijn atomen zeer dicht op elkaar geplakt
waardoor ze hun individueel gedrag verliezen. De individuele
energietoestanden worden zodanig verstoord dat alle
energietoestanden en golflengtes mogelijk zijn = continu spectra.
De oppervlakte v/d curve is temperatuurafhankelijk. Het is een maat voor de totale energie v/d emissie.
1.2.3 Lijnenspectra
Grondtoestand = de laagste energetische toestand van een elektron, de meest
stabiele toestand.
Aangeslagen toestand = onstabiele toestand dus een elektron wil de extra
energie snel kwijt. Het uitzenden van die energie noemen we emissie.
Een elektron gaat van de het ene atoom (bepaald energieniveau) naar een ander
atoom (ander bepaald energieniveau). Het energieverschil komt overeen met een
bepaalde golflengte/frequentie en dus een welbepaalde lijn in het spectrum.
Meer energie toevoegen zorgt voor meer en intensere lijnen, maar heeft geen invloed op de golflengte!
1.2.4 Bandenspectra
Moleculen bezitten naast energie van de elektronen ook vibrationele en rotationele energie.
E = Eelektron + Evibratie + Erotatie
met Eelektron > Evibratie > Erotatie
Bij elk elektronisch niveau zijn er een aantal vibratieniveaus en bij elk vibratieniveau zijn er een aantal
rotatieniveaus.
➔ Het aantal energieniveaus in moleculen is dus veel groter dan bij atomen (100-1000 lijnen)
➔ Zo dicht bij elkaar dat ze veranderen in banden
