Los electrones energizados necesitan liberar energía para volver a su estado estable. Cuando ocurre esta liberación, ocurre en forma de luz. Por lo tanto, los espectros de emisiones atómicas representan los electrones en un átomo que regresan a niveles de energía más bajos. Debido a la naturaleza de la física cuántica, los electrones pueden absorber y emitir solo energías específicas y discretas. Cada elemento tiene una disposición característica de orbitales y energías de electrones que dicta de qué color serán las líneas de emisión.
El mundo cuántico
Si bien muchas de las cosas que percibimos están dictadas por la mecánica continua clásica, el mundo atómico está dictado por la discontinuidad y la probabilidad. Los electrones en un átomo existen en niveles de energía discretos sin un término medio. Si un electrón se excita a un nuevo nivel de energía, salta a ese nivel instantáneamente. Cuando los electrones regresan a niveles de energía más bajos, liberan energía en paquetes cuantificados. Puede contrastar esto con un fuego que se apaga lentamente. Un fuego ardiente emite energía continuamente a medida que se enfría y finalmente se apaga. Un electrón, por otro lado, emite toda su energía instantáneamente y salta a un nivel de energía más bajo sin pasar por un estado de transición.
¿Qué determina el color de las líneas en un espectro de emisión?
La energía de la luz existe en paquetes llamados fotones. Los fotones tienen diferentes energías que corresponden a diferentes longitudes de onda. Por lo tanto, el color de las líneas de emisión refleja la cantidad de energía liberada por un electrón. Esta energía cambia según la estructura orbital del átomo y los niveles de energía de sus electrones. Las energías más altas corresponden a longitudes de onda hacia el extremo azul más corto del espectro de luz visible.
Líneas de emisión y absorción
Cuando la luz atraviesa los átomos, esos átomos pueden absorber parte de la energía de la luz. Un espectro de absorción nos muestra qué longitud de onda de la luz fue absorbida por un gas en particular. Un espectro de absorción parece un espectro continuo, o arco iris, con algunas líneas negras. Estas líneas negras representan energías fotónicas absorbidas por electrones en el gas. Cuando veamos el espectro de emisión para el gas correspondiente, mostrará el inverso; el espectro de emisión será negro en todas partes excepto por las energías de los fotones que absorbió previamente.
¿Qué determina el número de líneas?
Los espectros de emisión pueden tener un gran número de líneas. El número de líneas no es igual al número de electrones en un átomo. Por ejemplo, el hidrógeno tiene un electrón, pero su espectro de emisión muestra muchas líneas. En cambio, cada línea de emisión representa un salto diferente en la energía que podría hacer un electrón de un átomo. Cuando exponemos un gas a fotones de todas las longitudes de onda, cada electrón en el gas puede absorber un fotón con exactamente la energía adecuada para excitarlo al siguiente nivel de energía posible. Por tanto, los fotones de un espectro de emisión representan una variedad de posibles niveles de energía.