Energizirani elektroni trebaju osloboditi energiju da bi se vratili u svoje stabilno stanje. Kad se ovo oslobađanje dogodi, ono se javlja u obliku svjetlosti. Dakle, atomski emisijski spektri predstavljaju elektrone u atomu koji se vraćaju na niže razine energije. Zbog prirode kvantne fizike, elektroni mogu apsorbirati i emitirati samo određene, diskretne energije. Svaki element ima karakterističan raspored elektronskih orbitala i energija koji diktiraju koje će boje biti emisijske linije.
Kvantni svijet
Iako mnoge stvari koje opažamo diktira klasična, kontinuirana mehanika, atomski svijet diktira diskontinuitet i vjerojatnost. Elektroni u atomu postoje na diskretnim razinama energije bez posrednog stanja. Ako je elektron pobuđen na novu razinu energije, on trenutno skače na tu razinu. Kad se elektroni vrate na nižu razinu energije, oslobađaju energiju u kvantiziranim paketima. Možete to suprotstaviti vatri koja polako izgara. Zapaljena vatra emitira energiju kontinuirano dok se hladi i na kraju izgara. S druge strane, elektron emitira svu svoju energiju trenutno i skače na nižu razinu energije bez prolaska kroz prijelazno stanje.
Što određuje boju linija u emisijskom spektru?
Energija iz svjetlosti postoji u paketima koji se zovu fotoni. Fotoni imaju različite energije koje odgovaraju različitim valnim duljinama. Stoga boja emisijskih linija odražava količinu energije koju oslobađa elektron. Ta se energija mijenja ovisno o orbitalnoj strukturi atoma i razini energije njegovih elektrona. Veće energije odgovaraju valnim duljinama prema kraćem, plavom kraju spektra vidljive svjetlosti.
Linije emisije i apsorpcije
Kad svjetlost prolazi kroz atome, ti atomi mogu apsorbirati dio svjetlosne energije. Apsorpcijski spektar pokazuje nam koje je valne duljine svjetlosti apsorbirao određeni plin. Apsorpcijski spektar izgleda kao kontinuirani spektar ili duga, s nekim crnim crtama. Te crne linije predstavljaju energiju fotona koju apsorbiraju elektroni u plinu. Kad pogledamo emisijski spektar za odgovarajući plin, on će prikazati inverzu; spektar emisije bit će posvuda crn, osim energija fotona koje je prethodno apsorbirao.
Što određuje broj linija?
Emisioni spektri mogu imati velik broj linija. Broj linija nije jednak broju elektrona u atomu. Na primjer, vodik ima jedan elektron, ali njegov emisijski spektar pokazuje mnogo linija. Umjesto toga, svaka emisijska linija predstavlja drugačiji skok energije koji bi elektron atoma mogao napraviti. Kad izlažemo plin fotonima svih valnih duljina, svaki elektron u plinu može apsorbirati foton s točno onom energijom da ga pobudi na sljedeću moguću razinu energije. Dakle, fotoni emisijskog spektra predstavljaju različite moguće razine energije.