Forståelse af diskontinuiteten af atomare emissionsspektre

Jupiterimages/Photos.com/Getty Images

Energisatte elektroner skal afgive overskydende energi for at sætte sig i en lavere, stabil tilstand. Denne frigivelse manifesterer sig som fotoner – lys. Atomemissionsspektre er derfor et kort over elektroner, der glider tilbage til lavere energiniveauer. Kvantemekanikken dikterer, at elektroner kun kan absorbere eller udsende specifikke, diskrete energikvanter. Hvert elements unikke orbitalkonfiguration styrer bølgelængderne og dermed farverne på dets emissionslinjer.

Kvanteverdenen

Mens den makroskopiske verden følger kontinuerlige, deterministiske love, er det mikroskopiske rige styret af diskrete tilstande og sandsynlighed. Elektroner optager forskellige energiniveauer uden mellemtilstande. Når en elektron bliver ophidset, springer den øjeblikkeligt til et højere niveau; når den slapper af, udsender den en foton, hvis energi svarer til afstanden mellem de to niveauer. I modsætning til en støt brændende ild, som udsender energi gradvist, frigiver en elektron sin energi på én gang.

Hvad bestemmer farven på linjer i et emissionsspektrum?

Energi fra lys findes i pakker kaldet fotoner. Fotoner har forskellige energier, der svarer til forskellige bølgelængder. Derfor afspejler farven på emissionslinjer mængden af ​​energi, der frigives af en elektron. Denne energi ændrer sig afhængigt af atomets orbitale struktur og energiniveauerne for dets elektroner. Højere energier svarer til bølgelængder mod den kortere, blå ende af det synlige lysspektrum.

Emissions- og absorptionslinjer

Når lys passerer gennem atomer, kan disse atomer absorbere noget af lysets energi. Et absorptionsspektrum viser os, hvilke bølgelængder af lys der blev absorberet af en bestemt gas. Et absorptionsspektrum ligner et kontinuerligt spektrum, eller regnbue, med nogle sorte linjer. Disse sorte linjer repræsenterer fotonenergier absorberet af elektroner i gassen. Når vi ser emissionsspektret for den tilsvarende gas, vil det vise det omvendte; emissionsspektret vil være sort overalt bortset fra fotonenergierne, som det tidligere absorberede.

Hvad bestemmer antallet af linjer?

Emissionsspektre kan have et stort antal linjer. Antallet af linjer svarer ikke til antallet af elektroner i et atom. For eksempel har brint én elektron, men dens emissionsspektrum viser mange linjer. I stedet repræsenterer hver emissionslinje et forskelligt energispring, som en elektron fra et atom kunne lave. Når vi udsætter en gas for fotoner af alle bølgelængder, kan hver elektron i gassen absorbere en foton med præcis den rigtige energi til at excitere den til det næste mulige energiniveau. Derfor repræsenterer fotonerne i et emissionsspektrum en række mulige energiniveauer.