Spettroscopìa.

Parte della fisica che ha per oggetto la produzione e l'analisi degli spettri delle radiazioni elettromagnetiche, acustiche, elettroniche e corpuscolari. Scopo della s. è ottenere lo spettro della luce emessa o assorbita dai corpi; la radiazione viene analizzata dallo spettroscopio che separa le onde elettromagnetiche in funzione della loro lunghezza d'onda. • Encicl. - La decomposizione della luce bianca nei colori fondamentali fu osservata per la prima volta nel 1666 da I. Newton, tuttavia solo nel 1814 il tedesco J. von Fraunhofer constatò che nella luce emessa dal sole manca radiazione elettromagnetica in corrispondenza di ben precise lunghezze d'onda. Si deve tuttavia, a G.R. Kirchhoff e a R. Bunsen la nascita della moderna s.: essi, infatti, riconobbero che ogni sostanza ha un suo caratteristico spettro d'emissione e d'assorbimento, e per primi operarono un'analisi chimica fondata sull'osservazione dello spettro delle fiamme originate dalle diverse sostanze. L'evoluzione ulteriore della s., grazie agli studi di J.J. Balmer, J.R. Rydberg e W. Ritz, ha costituito la base per la fisica atomica e ha contribuito alla nascita della fisica quantistica. ║ S. atomica: parte della s. che ha per oggetto lo studio degli spettri originati da transizioni aventi luogo tra livelli energetici atomici. L'emissione e l'assorbimento di radiazioni elettromagnetiche da parte degli atomi, infatti, viene interpretata associando a ogni atomo un insieme discreto di livelli o stati energetici stazionari, su cui “ruotano” gli elettroni: l'emissione o l'assorbimento di una data frequenza (riga spettrale) è dovuta alla transizione tra due stati stazionari, causata dall'interazione con il campo elettromagnetico presente. La s. atomica riveste un ruolo fondamentale in fisica quantistica, poiché permette di ottenere informazioni sulla dinamica interna dell'atomo. ║ S. di assorbimento: s. atomica il cui oggetto è lo studio dello spettro di una radiazione elettromagnetica emessa da una sorgente e fatta passare attraverso un campione di atomi allo stato gassoso. L'intensità della radiazione in uscita dal campione risulta attenuata rispetto a quella della radiazione incidente, in corrispondenza di particolari intervalli di frequenza, caratteristici del campione in esame. La s. atomica d'assorbimento trova applicazione in chimica, nell'analisi elementare quantitativa: la misura dell'attenuazione dell'intensità di radiazione, infatti, consente di risalire alla concentrazione delle specie atomiche presenti. ║ S. d'emissione: s. atomica il cui oggetto è lo studio dello spettro di radiazione emesso da un campione di atomi allo stato gassoso o di vapore, quando vengono eccitati i livelli energetici superiori a quello fondamentale. La fonte di eccitazione può essere una sorgente termica, elettrica o un'altra radiazione; le frequenze emesse, come nell'assorbimento atomico, dipendono dai livelli elettronici coinvolti. ║ S. laser: insieme delle tecniche spettroscopiche che si basano sulle proprietà della radiazione laser; viene generalmente utilizzata in assorbimento, e talvolta anche in emissione, analizzando la radiazione emessa da un campione eccitato mediante una radiazione laser. ║ S. a radiofrequenza: branca della s. atomica che studia le interazioni tra atomi isolati e campi elettromagnetici a radiofrequenza. In presenza di un campo elettromagnetico i nuclei acquistano un'energia che dipende dalla loro orientazione rispetto alla direzione del campo; attraverso l'osservazione degli spettri di energia dei nuclei, è possibile ottenere informazioni sulla costituzione e sulla forma dei nuclei stessi. ║ S. molecolare: parte della s. che ha per oggetto lo studio degli spettri originati da transizioni aventi luogo tra livelli energetici molecolari. I livelli energetici di una molecola possono essere suddivisi in elettronici, vibrazionali, rotazionali e di spin; tale separazione è basata sulla grande differenza nell'ordine di grandezza delle energie associate alle transizioni tra gli stati quantici relativi ai vari tipi di moto ad essi corrispondenti. A tale classificazione fa riferimento anche la suddivisione della s. molecolare. Il tipo di radiazione elettromagnetica richiesta per provocare l'eccitazione del sistema, pertanto, è diversa a seconda dei casi: per gli spettri elettronici è necessaria la radiazione ultravioletta-visibile, quella infrarossa per gli spettri vibrazionali, e quella delle microonde per gli spettri rotazionali. Gli spettri originati dalla transizione tra livelli molecolari sono tipicamente a bande, costituiti, cioè, da zone più o meno ampie nelle quali la radiazione viene assorbita, emessa o diffusa. La s. molecolare risulta uno dei metodi principali per l'analisi chimica qualitativa e quantitativa di campioni molto complessi. ║ S. acustica: parte della fisica che ha per oggetto l'analisi spettrale delle vibrazioni elastiche (sonore, infrasonore e ultrasonore) emesse da un corpo in vibrazione. Trova larga applicazione in fisica, nello studio delle proprietà elastiche e strutturali dei materiali, e nella tecnica, nelle prove non distruttive dei manufatti. ║ S. astronomica: parte dell'astrofisica che studia lo spettro della radiazione emessa dai corpi celesti. Gli spettri continui vengono emessi termicamente da corpi dotati di alta densità e opacità alla luce (radiazione di corpo nero), come stelle e pianeti: lo spettro continuo della luce solare, ad esempio, è generato dalle regioni più calde e più profonde del sole. Gli spettri a righe, invece, possono essere di assorbimento o di emissione: i primi sono generati solitamente da nubi di gas illuminate da una sorgente a spettro continuo, mentre i secondi sono originati dalla luce riemessa dalla nube stessa e possono essere rilevati solo da osservatori non allineati nella direzione sorgente-nube. L'analisi delle righe spettrali consente di risalire ai costituenti della nube, di stimarne le quantità presenti e di stabilirne la temperatura. Le osservazioni spettroscopiche, inoltre, consentono di misurare le velocità di allontanamento o di avvicinamento delle sorgenti astronomiche, di classificare le stelle, di analizzare il mezzo interstellare: per quest'ultimo scopo riveste particolare importanza la s. radioastronomica, in quanto permette di catalogare un grande numero di composti molecolari, organici e inorganici, presenti nel mezzo interstellare.