Energiserede elektroner har brug for at frigive energi for at vende tilbage til deres stabile tilstand. Når denne frigivelse sker, sker den i form af lys. Derfor repræsenterer atomemissionsspektre elektronerne i et atom, der vender tilbage til lavere energiniveauer. På grund af kvantefysikens natur kan elektroner kun absorbere og udsende specifikke, diskrete energier. Hvert element har et karakteristisk arrangement af elektronorbitaler og energier, der dikterer, hvilken farve emissionslinjerne vil have.
Kvanteverdenen
Mens mange af de ting, vi opfatter, dikteres af klassisk, kontinuerlig mekanik, dikteres atomverdenen af diskontinuitet og sandsynlighed. Elektronerne i et atom findes på diskrete energiniveauer uden mellemgrund. Hvis en elektron er begejstret for et nyt energiniveau, hopper den øjeblikkeligt op til dette niveau. Når elektroner vender tilbage til lavere energiniveauer, frigiver de energi i kvantiserede pakker. Du kan kontrastere dette med en ild, der langsomt brænder ud. En brændende ild udsender kontinuerligt energi, når den afkøles og til sidst brænder ud. En elektron udsender derimod al sin energi øjeblikkeligt og hopper til et lavere energiniveau uden at passere gennem en overgangsstat.
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 reflekterer farven på emissionslinjer den mængde energi, der frigives af en elektron. Denne energi ændrer sig afhængigt af atomens orbitale struktur og energiniveauerne på 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, hvilken bølgelængde fra lys, der blev absorberet af en bestemt gas. Et absorptionsspektrum ligner et kontinuerligt spektrum eller regnbue med nogle sorte linjer. Disse sorte linjer repræsenterer fotonergier absorberet af elektroner i gassen. Når vi ser emissionsspektret for den tilsvarende gas, viser det det inverse; emissionsspektret vil være sort overalt bortset fra de fotonenergier, 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 en elektron, men dets emissionsspektrum viser mange linjer. I stedet repræsenterer hver emissionslinie et andet spring i energi, som et elektron af et atom kunne skabe. Når vi udsætter en gas for fotoner af alle bølgelængder, kan hver elektron i gassen absorbere en foton med nøjagtigt den rigtige energi til at excitere den til det næste mulige energiniveau. Derfor repræsenterer fotoner fra et emissionsspektrum en række mulige energiniveauer.