Įsijungę elektronai turi išlaisvinti energiją, kad galėtų grįžti į savo stabilią būseną. Kai įvyksta šis išlaisvinimas, jis įvyksta šviesos pavidalu. Vadinasi, atominės emisijos spektrai rodo atomo elektronus, grįžtančius į žemesnį energijos lygį. Dėl kvantinės fizikos pobūdžio elektronai gali sugerti ir išskirti tik specifines, diskrečias energijas. Kiekvienas elementas turi būdingą elektronų orbitalių ir energijų išdėstymą, kuris nustato, kokios spalvos bus emisijos linijos.
Kvantinis pasaulis
Nors daugelį dalykų, kuriuos suvokiame, diktuoja klasikinė tęstinė mechanika, atominį pasaulį diktuoja nenutrūkstamumas ir tikimybė. Elektronai atome egzistuoja esant atskiriems energijos lygiams be vidurio. Jei elektroną sužadina naujas energijos lygis, jis akimirksniu pašoka iki šio lygio. Kai elektronai grįžta į žemesnį energijos lygį, jie išskiria energiją kiekybiniuose paketuose. Galite tai palyginti su ugnimi, kuri lėtai išdega. Deganti ugnis nuolat skleidžia energiją atvėsdama ir galiausiai perdega. Kita vertus, elektronas visą energiją išmeta akimirksniu ir pereina į žemesnį energijos lygį, neperėjęs pereinamosios būsenos.
Kas lemia spindulių spektro linijų spalvą?
Šviesos energija egzistuoja paketuose, vadinamuose fotonais. Fotonai turi skirtingas energijas, kurios atitinka skirtingus bangos ilgius. Todėl emisijos linijų spalva atspindi elektrono išskiriamą energijos kiekį. Ši energija kinta priklausomai nuo atomo orbitos struktūros ir jo elektronų energijos lygių. Didesnės energijos atitinka bangos ilgius link matomos šviesos spektro trumpesnio, mėlyno galo.
Emisijos ir absorbcijos linijos
Kai šviesa praeina per atomus, tie atomai gali absorbuoti dalį šviesos energijos. Absorbcijos spektras parodo, kurį bangos ilgį nuo šviesos sugėrė tam tikros dujos. Absorbcijos spektras atrodo kaip ištisinis spektras arba vaivorykštė su tam tikromis juodomis linijomis. Šios juodos linijos reiškia fotonų energiją, kurią absorbuoja elektronai dujose. Kai pamatysime atitinkamų dujų emisijos spektrą, jis parodys atvirkštinę; emisijos spektras bus juodas visur, išskyrus fotono energijas, kurias jis anksčiau sugėrė.
Kas lemia eilučių skaičių?
Emisijos spektrai gali turėti daug linijų. Linijų skaičius nėra lygus elektronų skaičiui atome. Pavyzdžiui, vandenilis turi vieną elektroną, tačiau jo emisijos spektras rodo daugybę linijų. Kiekviena emisijos linija reiškia skirtingą energijos šuolį, kurį galėtų padaryti atomo elektronas. Kai dujas veikiame visų bangos ilgių fotonais, kiekvienas dujose esantis elektronas gali sugerti fotoną su tiksliai tinkama energija, kad sužadintų ją į kitą galimą energijos lygį. Taigi emisijos spektro fotonai atspindi įvairius galimus energijos lygius.