Energizované elektrony musí uvolnit energii, aby se vrátily do stabilního stavu. Když k tomuto uvolnění dojde, dojde k němu ve formě světla. Spektra atomových emisí tedy představují elektrony v atomu, které se vracejí na nižší energetické hladiny. Vzhledem k povaze kvantové fyziky mohou elektrony absorbovat a emitovat pouze specifické, diskrétní energie. Každý prvek má charakteristické uspořádání elektronových orbitalů a energií, které určuje, jakou barvu budou mít emisní čáry.
Kvantový svět
Zatímco mnoho věcí, které vnímáme, je diktováno klasickou kontinuální mechanikou, atomový svět je diktován diskontinuitou a pravděpodobností. Elektrony v atomu existují na diskrétních energetických úrovních bez střední úrovně. Pokud je elektron vzrušený na novou energetickou hladinu, okamžitě na tuto hladinu vyskočí. Když se elektrony vrátí na nižší energetické úrovně, uvolňují energii v kvantovaných paketech. Můžete to porovnat s ohněm, které pomalu shoří. Hořící oheň vydává energii nepřetržitě, jak se ochlazuje a nakonec vyhoří. Elektron naopak vydává veškerou svou energii okamžitě a skočí na nižší energetickou hladinu, aniž by prošel přechodným stavem.
Co určuje barvu čar v emisním spektru?
Energie ze světla existuje v paketech nazývaných fotony. Fotony mají různé energie, které odpovídají různým vlnovým délkám. Barva emisních čar proto odráží množství energie uvolněné elektronem. Tato energie se mění v závislosti na orbitální struktuře atomu a energetických úrovních jeho elektronů. Vyšší energie odpovídají vlnovým délkám směrem ke kratšímu, modrému konci spektra viditelného světla.
Emisní a absorpční linky
Když světlo prochází atomy, mohou tyto atomy absorbovat část energie světla. Absorpční spektrum nám ukazuje, které vlnové délky ze světla byly absorbovány konkrétním plynem. Absorpční spektrum vypadá jako spojité spektrum nebo duha s některými černými čarami. Tyto černé čáry představují fotonové energie absorbované elektrony v plynu. Když se podíváme na emisní spektrum pro odpovídající plyn, zobrazí se inverzní; emisní spektrum bude černé všude kromě energií fotonů, které předtím absorbovalo.
Co určuje počet řádků?
Emisní spektra mohou mít velký počet řádků. Počet řádků se nerovná počtu elektronů v atomu. Například vodík má jeden elektron, ale jeho emisní spektrum ukazuje mnoho čar. Místo toho každá emisní čára představuje jiný skok v energii, který by mohl udělat elektron atomu. Když vystavíme plyn fotonům všech vlnových délek, může každý elektron v plynu absorbovat foton s přesně tou správnou energií, aby jej vzrušil na další možnou energetickou hladinu. Fotony emisního spektra tedy představují různé možné energetické úrovně.