Les électrons sous tension ont besoin de libérer de l'énergie pour revenir à leur état stable. Lorsque cette libération se produit, elle se produit sous forme de lumière. Par conséquent, les spectres d'émissions atomiques représentent les électrons d'un atome revenant à des niveaux d'énergie inférieurs. En raison de la nature de la physique quantique, les électrons ne peuvent absorber et émettre que des énergies spécifiques et discrètes. Chaque élément a un arrangement caractéristique d'orbitales électroniques et d'énergies qui dicte la couleur des raies d'émission.
Le monde quantique
Alors que beaucoup de choses que nous percevons sont dictées par la mécanique continue classique, le monde atomique est dicté par la discontinuité et la probabilité. Les électrons dans un atome existent à des niveaux d'énergie discrets sans juste milieu. Si un électron est excité à un nouveau niveau d'énergie, il saute instantanément à ce niveau. Lorsque les électrons reviennent à des niveaux d'énergie inférieurs, ils libèrent de l'énergie en paquets quantifiés. Vous pouvez contraster cela avec un feu qui s'éteint lentement. Un feu brûlant émet de l'énergie en continu lorsqu'il se refroidit et finit par s'éteindre. Un électron, d'autre part, émet toute son énergie instantanément et saute à un niveau d'énergie inférieur sans passer par un état de transition.
Qu'est-ce qui détermine la couleur des raies dans un spectre d'émission ?
L'énergie de la lumière existe dans des paquets appelés photons. Les photons ont des énergies différentes qui correspondent à des longueurs d'onde différentes. Par conséquent, la couleur des raies d'émission reflète la quantité d'énergie libérée par un électron. Cette énergie change en fonction de la structure orbitale de l'atome et des niveaux d'énergie de ses électrons. Les énergies plus élevées correspondent aux longueurs d'onde vers l'extrémité bleue la plus courte du spectre de la lumière visible.
Lignes d'émission et d'absorption
Lorsque la lumière traverse des atomes, ces atomes peuvent absorber une partie de l'énergie lumineuse. Un spectre d'absorption nous montre quelle longueur d'onde de la lumière a été absorbée par un gaz particulier. Un spectre d'absorption ressemble à un spectre continu, ou arc-en-ciel, avec quelques lignes noires. Ces lignes noires représentent les énergies photoniques absorbées par les électrons dans le gaz. Lorsque nous visualisons le spectre d'émission pour le gaz correspondant, il affichera l'inverse; le spectre d'émission sera partout noir à l'exception des énergies photoniques qu'il a précédemment absorbées.
Qu'est-ce qui détermine le nombre de lignes ?
Les spectres d'émission peuvent avoir un grand nombre de raies. Le nombre de lignes n'est pas égal au nombre d'électrons dans un atome. Par exemple, l'hydrogène a un électron, mais son spectre d'émission montre de nombreuses raies. Au lieu de cela, chaque raie d'émission représente un saut d'énergie différent qu'un électron d'un atome pourrait faire. Lorsque nous exposons un gaz à des photons de toutes les longueurs d'onde, chaque électron dans le gaz peut absorber un photon avec exactement la bonne énergie pour l'exciter dans le prochain niveau d'énergie possible. Par conséquent, les photons d'un spectre d'émission représentent une variété de niveaux d'énergie possibles.