Erradiazio elektromagnetikoa eta espektroak

Badakigu irratia eta telebista uhin elektromagnetikoen bidez transmititzen direla. Argia, izpi infragorriak, izpi ultramoreak, X izpiak eta mikrouhinak ere uhin elektromagnetikoak dira. Uhin hauek elektrikoki kargatutako zatikiak mugitzen direnean sortzen dira. Uhin hauei erradiazio elektromagnetikoa ere esaten zaie, elektrikoki kargatutako zatikietatik irradiatzen direlako. Espazio hutsean zehar nahiz airean eta beste substantzia askotan zehar hedatzen dira.

Erradiazio elektromagnetikoak bi portaera desberdin ditu aldi berean: alderdi batetik uhinen antzera portatzen da eta bestetik fotoiak deritzen zatiki batzuek osatutako zurrusta baten antzera. Arestian aipatu ditugun uhin elektromagnetikoen arteko desberdintasuna uhin-luzera da. Beheko irudian ikus daitezke aipatutako erradiazio-moten uhin-luzerak. Erradiazio elektromagnetikoa maiztasunaren edo uhin-luzeraren arabera nola banatzen den erakusten duen diagrama honi espektroa esaten zaio.

Erradiazio elektromagnetikoen espektroa. Zenbat eta uhin-luzera laburragoa, orduan eta energia handiagoa dute fotoiek. Oso uhin-luzera laburreko uhinak ionizatzaileak dira, hau da, gai dira atomoetatik elektroiak erauzteko.

Eguzkiaren izpiak prisma batean zehar igaro ondoren horma batean proiektatzen ditugunean argi ikusgaiaren espektroa ikusten dugu. Ikusten dugun irudian ez dago etenik koloreen artean eta kolore bakoitzaren barruan ere ez dago argiaren intentsitatean etenik. Horrelako espektro bat jarraikia dela esaten dugu. Beste espektro batzuk ez dira horrelakoak. Eguzkiaren izpiak erabili ordez, kandela batenak edo zenbait lanpara berezirenak erabiltzen baditugu prismarekin sakabanatzeko, lerro batzuk ikusiko ditugu ingurua baino argiagoak edo, alderantziz, ingurua baino ilunagoak. Lehenbizikoei emisio-lerroak esaten zaie eta bigarrengoei xurgapen-lerroak. Espektroen azterketari espektroskopia esaten zaio.

Espektroek erakusten dutena

Gizakiak betidanik izan du espektroen berri; espektro-mota jakin batena behintzat: ostadarrarena, hain zuzen. Zientzialariek ordea luzaro ez zuten espektroetatik ondoriorik ateratzen jakin. 1802an , William Wollaston (1766-1828) fisikari eta kimikari britainiarrak eguzkiaren espektroan zenbait lerro ilun ikusi zituen. Uste izan zuen koloreen arteko muga naturalak zirela. Joseph von Fraunhofer (1787-1826) fisikari alemaniarrak prisma hobeak erabiliz aztertu zuen eguzkiaren argia eta 600 lerro ilun bereizi ahal izan zituen. Azkenik, beste alemaniar batek, Gustav Kirchhoff-ek (1824-1887) igarri zuen zer gertatzen zen eta erregela batzuk definitu zituen hori guztia esplikatzeko:

1) Solido edo likido argitsu batek uhin-luzera guztiak dituen espektro jarraiki bat emititzen du. Ez du lerrorik.

2) Dentsitate txikia izan arte hedatu den gas argitsu batek lerro distiratsuak dituen espektroa eragiten duen argia igortzen du. Lerro hauei emisio-lerroak esaten diegu.

3) Argi-iturri batetik datorren argiak gas bat zeharkatzen baldin badu, gasak zenbait energia jakin erauz ditzake espektro jarraikitik. Orduan lerro ilunak ikusten ditugu energia kendu den espektroaren guneetan. Lerro ilun hauei xurgatze-lerroak deritzegu.

Taula periodikoko edozein elementuk izan dezake gas-egoera eta sor ditzake lerro distiratsuak. Gainera hauek bereziak dira elementu bakoitzarentzat. Hidrogenoak sortzen duen espektroa eta helioak sortzen duena, esate baterako, ez dira berdinak. Atomo- edo molekula-mota bakoitzak maiztasun-multzo jakin bat igortzen du. Adibidez, karbono monoxidoak (CO) 115 Gigahertz-eko maiztasuna (edo 2.7 mm-ko uhin-luzera) duen lerro bat igortzen du. Hortaz, edozein materia aski berotzen bada argia igortzen duen arte eta argi horren espektroa aztertzen bada, jakin daiteke zer elementu eta konposatuk osatzen duten. Horixe da hain zuzen igorpenezko espektroskopia.

Antzeko zerbait gertatzen da xurgatze-espektroekin ere: erradiazioa substantzia batean zehar pasatzean xurgatutako energi bandek espektro jarraian sortzen dituzten banda beltzek zeharkatutako substantziak zuen konposizioaren berri ematen digute. Honi absortziozko edo xurgapenezko espektroskopia esaten zaio.

Erradiazio elektromagnetikoak materia zeharkatzen duenean, erradiazio gehienak zekarren norabide berean hedatzen jarraitzen du, baina zatitxo bat beste norabide batzuetan sakabanatzen da. Fenomeno honetan oinarritzen den espektroskopiari sakabanatze-espektroskopia deitzen zaio.

Espektroskopia-motak

Aurreko puntuan aipatu diren espektro-moten araberako sailkapenaz aparte, erabiltzen diren erradiazioak kontuan hartuz ere bereiz daitezke espektroskopia-motak, horrela:

X izpizko espektroskopia eta X izpizko kristalografia. Aski maiztasun, eta beraz energia, duten X izpiek substantzia bat zeharkatzen dutenean, atomoetako barruko geruzetako elektroiak kanpoko orbital hutsetara igarotzen dira edota guztiz erauzten dira, atomoa ionizatuz. Barruan geratu den hutsunea bete dezakete kanpoko orbitaletako elektroiek. Deskitzikatze-prozesu horretan eskuratutako energia erradiatu egiten da, fluoreszentzia moduan, edo lotura ahulagoa duten beste elektroi batzuk erauzten ditu. Xurgatze- eta igortze-maiztasunak atomo jakinei dagozkie. Teknika hau Kimikan eta Materialen Ingeniaritzan erabiltzen da. X izpizko kristalografian X izpiak angelu jakin batekin sartzen dira kristaletan. X izpien uhin-luzera ezaguna denez kristalen planoen arteko distantziak kalkula daitezke. Kristalen egitura ezagutzeko erabiltzen da hau.

X izpizko espektroskopiako ekipamendua

Argi ikusgaizko espektroskopia. Atomo askok argi ikusgaia igortzen edo xurgatzen dute. Lerrozko espektro txukunak lortzeko, atomoek gas-fasean egon behar dute. Honek esan nahi du substantzia lurrundu egin behar dela.

Argi ultramorezko espektroskopia. Atomo guztiek xurgatzen dute erradiazio ultramorea, fotoiek badutelako aski energia kanpoko elektroiak kitzikatzeko. Maiztasuna nahikoa altua baldin bada, fotoionizazioa gertatzen da.

Tresna honek, argi ikusgaizko eta ultramorezko espektroskopiaren bitartez, atmosferak dituen OH ioiaren, NO2 nitrogeno dioxidoaren, NO3 ioiaren, BrO bromo monoxidoaren eta O3 ozonoaren edukiak neurtzen ditu, NASAren lurreko instalazio batetik, atmosferan gertatzen diren epe luzeko aldaketak atzemateko nazioarteko programa baten barnean.

Beste hainbat motatako espektroskopia-sistema erabiltzen dira.