Τα ενεργοποιημένα ηλεκτρόνια πρέπει να απελευθερώνουν ενέργεια για να επιστρέψουν στη σταθερή τους κατάσταση. Όταν συμβαίνει αυτή η απελευθέρωση, εμφανίζεται με τη μορφή φωτός. Ως εκ τούτου, τα φάσματα ατομικών εκπομπών αντιπροσωπεύουν τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο που επιστρέφουν σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας. Λόγω της φύσης της κβαντικής φυσικής, τα ηλεκτρόνια μπορούν να απορροφήσουν και να εκπέμπουν μόνο συγκεκριμένες, διακριτές ενέργειες. Κάθε στοιχείο έχει μια χαρακτηριστική διάταξη των τροχιακών ηλεκτρονίων και των ενεργειών που υπαγορεύουν ποιο χρώμα θα είναι οι γραμμές εκπομπών.
Ο κβαντικός κόσμος
Ενώ πολλά από τα πράγματα που αντιλαμβανόμαστε υπαγορεύονται από την κλασική, συνεχή μηχανική, ο ατομικός κόσμος υπαγορεύεται από ασυνέχεια και πιθανότητα. Τα ηλεκτρόνια σε ένα άτομο υπάρχουν σε διακριτά επίπεδα ενέργειας χωρίς μέση γείωση. Εάν ένα ηλεκτρόνιο είναι ενθουσιασμένο σε ένα νέο επίπεδο ενέργειας, ανεβαίνει αμέσως σε αυτό το επίπεδο. Όταν τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν σε χαμηλότερα επίπεδα ενέργειας, απελευθερώνουν ενέργεια σε κβαντοποιημένα πακέτα. Μπορείτε να το αντιπαραφέρετε με μια φωτιά που σιγά σιγά καίει. Μια καίγοντας φωτιά εκπέμπει ενέργεια συνεχώς καθώς κρυώνει και τελικά καίγεται. Ένα ηλεκτρόνιο, από την άλλη πλευρά, εκπέμπει όλη της την ενέργεια στιγμιαία και πηδά σε χαμηλότερο επίπεδο ενέργειας χωρίς να περάσει από μια μεταβατική κατάσταση.
Τι καθορίζει το χρώμα των γραμμών σε ένα φάσμα εκπομπών;
Η ενέργεια από το φως υπάρχει σε πακέτα που ονομάζονται φωτόνια. Τα φωτόνια έχουν διαφορετικές ενέργειες που αντιστοιχούν σε διαφορετικά μήκη κύματος. Επομένως, το χρώμα των γραμμών εκπομπής αντανακλά την ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται από ένα ηλεκτρόνιο. Αυτή η ενέργεια αλλάζει ανάλογα με την τροχιακή δομή του ατόμου και τα επίπεδα ενέργειας των ηλεκτρονίων του. Οι υψηλότερες ενέργειες αντιστοιχούν σε μήκη κύματος προς το μικρότερο, μπλε άκρο του φάσματος ορατού φωτός.
Γραμμές εκπομπών και απορρόφησης
Όταν το φως διέρχεται από άτομα, αυτά τα άτομα μπορούν να απορροφήσουν μέρος της ενέργειας του φωτός. Ένα φάσμα απορρόφησης μας δείχνει ποιο μήκος κύματος από το φως απορροφήθηκε από ένα συγκεκριμένο αέριο. Ένα φάσμα απορρόφησης μοιάζει με συνεχές φάσμα, ή ουράνιο τόξο, με μερικές μαύρες γραμμές. Αυτές οι μαύρες γραμμές αντιπροσωπεύουν ενέργειες φωτονίων που απορροφώνται από ηλεκτρόνια στο αέριο. Όταν βλέπουμε το φάσμα εκπομπών για το αντίστοιχο αέριο, θα εμφανίσει το αντίστροφο. το φάσμα εκπομπών θα είναι μαύρο παντού εκτός από τις ενέργειες φωτονίων που είχε απορροφήσει προηγουμένως.
Τι καθορίζει τον αριθμό των γραμμών;
Τα φάσματα εκπομπών μπορούν να έχουν μεγάλο αριθμό γραμμών. Ο αριθμός των γραμμών δεν ισούται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο. Για παράδειγμα, το υδρογόνο έχει ένα ηλεκτρόνιο, αλλά το φάσμα εκπομπών του δείχνει πολλές γραμμές. Αντ 'αυτού, κάθε γραμμή εκπομπών αντιπροσωπεύει ένα διαφορετικό άλμα στην ενέργεια που ένα ηλεκτρόνιο ενός ατόμου θα μπορούσε να κάνει. Όταν εκθέτουμε ένα αέριο σε φωτόνια όλων των μηκών κύματος, κάθε ηλεκτρόνιο στο αέριο μπορεί να απορροφήσει ένα φωτόνιο με ακριβώς τη σωστή ενέργεια για να το διεγείρει στο επόμενο πιθανό επίπεδο ενέργειας. Ως εκ τούτου, τα φωτόνια ενός φάσματος εκπομπών αντιπροσωπεύουν μια ποικιλία πιθανών επιπέδων ενέργειας.