Energisoituneiden elektronien on vapautettava energia palatakseen vakaan tilansa. Kun tämä vapautuminen tapahtuu, se tapahtuu valon muodossa. Siksi atomipäästöspektrit edustavat atomin elektroneja, jotka palaavat alemmalle energiatasolle. Kvanttifysiikan luonteesta johtuen elektronit voivat absorboida ja lähettää vain tiettyjä, erillisiä energioita. Jokaisella elementillä on ominainen elektronien kiertoratojen ja energioiden järjestely, joka määrää, minkä värin emissioviivat tulevat olemaan.
Kvanttimaailma
Vaikka monien havaitsemiemme asioiden sanelee klassinen, jatkuva mekaniikka, atomimaailman sanelee epäjatkuvuus ja todennäköisyys. Atomissa olevat elektronit ovat erillisillä energiatasoilla ilman keskitietä. Jos elektroni on innoissaan uudelle energiatasolle, se hyppää heti tasolle. Kun elektronit palaavat alemmalle energiatasolle, ne vapauttavat energiaa kvantisoiduissa paketeissa. Voit verrata tätä tuleen, joka palaa hitaasti. Palava tuli lähettää energiaa jatkuvasti, kun se jäähtyy ja lopulta palaa. Elektroni puolestaan lähettää kaiken energiansa välittömästi ja hyppää alemmalle energiatasolle kulkematta siirtymätilan läpi.
Mikä määrittää viivojen värin emissiospektrissä?
Valon energiaa on paketeissa, joita kutsutaan fotoneiksi. Fotoneilla on erilaiset energiat, jotka vastaavat eri aallonpituuksia. Siksi emissioviivojen väri heijastaa elektronin vapauttaman energian määrää. Tämä energia muuttuu atomin kiertorakenteesta ja sen elektronien energiatasoista riippuen. Suuremmat energiat vastaavat aallonpituuksia kohti näkyvän valospektrin lyhyempää, sinistä päätä.
Päästö- ja absorptiolinjat
Kun valo kulkee atomien läpi, nämä atomit voivat absorboida osan valon energiasta. Absorptiospektri osoittaa meille, mikä valon aallonpituus absorboi tietty kaasu. Absorptiospektri näyttää jatkuvalta spektriltä tai sateenkaarelta, jossa on joitain mustia viivoja. Nämä mustat viivat edustavat fotonienergioita, jotka elektronit absorboivat kaasussa. Kun tarkastelemme vastaavan kaasun päästöspektriä, se näyttää käänteisen; emissiospektri on musta kaikkialla paitsi fotonienergiat, jotka se aiemmin absorboi.
Mikä määrittää viivojen lukumäärän?
Päästöspektreissä voi olla suuri määrä viivoja. Linjojen lukumäärä ei ole yhtä suuri kuin atomien elektronien määrä. Esimerkiksi vedyllä on yksi elektroni, mutta sen emissiospektri näyttää monia viivoja. Sen sijaan kukin emissiolinja edustaa erilaista energian hyppyä, jonka atomin elektroni voisi tehdä. Kun altistamme kaasun kaikkien aallonpituuksien fotoneille, jokainen kaasun elektroni voi absorboida fotonin täsmälleen oikealla energialla virittämään sen seuraavalle mahdolliselle energiatasolle. Siksi emissiospektrin fotonit edustavat erilaisia mahdollisia energiatasoja.