Gli elettroni energizzati devono rilasciare energia per tornare al loro stato stabile. Quando si verifica questo rilascio, si verifica sotto forma di luce. Quindi, gli spettri delle emissioni atomiche rappresentano gli elettroni in un atomo che ritorna a livelli energetici inferiori. A causa della natura della fisica quantistica, gli elettroni possono assorbire ed emettere solo energie specifiche e discrete. Ogni elemento ha una disposizione caratteristica degli orbitali degli elettroni e delle energie che determina di che colore saranno le linee di emissione.
Il mondo quantistico
Mentre molte delle cose che percepiamo sono dettate dalla meccanica classica e continua, il mondo atomico è dettato dalla discontinuità e dalla probabilità. Gli elettroni in un atomo esistono a livelli energetici discreti senza vie di mezzo. Se un elettrone è eccitato a un nuovo livello di energia, salta istantaneamente a quel livello. Quando gli elettroni ritornano a livelli energetici inferiori, rilasciano energia in pacchetti quantizzati. Puoi contrastarlo con un fuoco che si spegne lentamente. Un fuoco ardente emette energia continuamente mentre si raffredda e alla fine si estingue. Un elettrone, d'altra parte, emette tutta la sua energia istantaneamente e salta a un livello energetico inferiore senza passare attraverso uno stato di transizione.
Cosa determina il colore delle linee in uno spettro di emissione?
L'energia della luce esiste in pacchetti chiamati fotoni. I fotoni hanno energie diverse che corrispondono a lunghezze d'onda diverse. Pertanto, il colore delle righe di emissione riflette la quantità di energia rilasciata da un elettrone. Questa energia cambia a seconda della struttura orbitale dell'atomo e dei livelli energetici dei suoi elettroni. Energie più elevate corrispondono a lunghezze d'onda verso l'estremità blu più corta dello spettro della luce visibile.
Linee di emissione e assorbimento
Quando la luce passa attraverso gli atomi, quegli atomi possono assorbire parte dell'energia della luce. Uno spettro di assorbimento ci mostra quale lunghezza d'onda della luce è stata assorbita da un particolare gas. Uno spettro di assorbimento sembra uno spettro continuo, o arcobaleno, con alcune linee nere. Queste linee nere rappresentano le energie dei fotoni assorbite dagli elettroni nel gas. Quando osserviamo lo spettro di emissione per il gas corrispondente, visualizzerà l'inverso; lo spettro di emissione sarà nero ovunque tranne che per le energie dei fotoni che ha precedentemente assorbito.
Cosa determina il numero di righe?
Gli spettri di emissione possono avere un gran numero di righe. Il numero di righe non è uguale al numero di elettroni in un atomo. Ad esempio, l'idrogeno ha un elettrone, ma il suo spettro di emissione mostra molte righe. Invece, ogni riga di emissione rappresenta un diverso salto di energia che potrebbe fare un elettrone di un atomo. Quando esponiamo un gas a fotoni di tutte le lunghezze d'onda, ogni elettrone nel gas può assorbire un fotone con esattamente l'energia giusta per eccitarlo al successivo livello di energia possibile. Quindi, i fotoni di uno spettro di emissione rappresentano una varietà di possibili livelli di energia.