Naładowane elektrony muszą uwolnić energię, aby powrócić do swojego stabilnego stanu. Kiedy następuje to uwolnienie, pojawia się w postaci światła. W związku z tym widma emisji atomowej reprezentują elektrony w atomie powracające do niższych poziomów energii. Ze względu na naturę fizyki kwantowej elektrony mogą absorbować i emitować tylko określone, dyskretne energie. Każdy pierwiastek ma charakterystyczny układ orbitali elektronowych i energii, który dyktuje kolor linii emisyjnych.
Świat kwantowy
Podczas gdy wiele rzeczy, które postrzegamy, jest podyktowanych klasyczną mechaniką ciągłą, świat atomowy jest podyktowany nieciągłością i prawdopodobieństwem. Elektrony w atomie istnieją na dyskretnych poziomach energii bez pośredniego podłoża. Jeśli elektron jest podekscytowany do nowego poziomu energii, natychmiast podskakuje do tego poziomu. Kiedy elektrony powracają do niższych poziomów energii, uwalniają energię w skwantowanych pakietach. Możesz to skontrastować z ogniem, który powoli wygasa. Płonący ogień nieustannie emituje energię, gdy się schładza i ostatecznie wypala. Z drugiej strony elektron natychmiast emituje całą swoją energię i przeskakuje na niższy poziom energii bez przechodzenia przez stan przejściowy.
Co decyduje o kolorze linii w widmie emisji?
Energia ze światła istnieje w pakietach zwanych fotonami. Fotony mają różne energie, które odpowiadają różnym długościom fal. Dlatego kolor linii emisyjnych odzwierciedla ilość energii uwolnionej przez elektron. Ta energia zmienia się w zależności od struktury orbitalnej atomu i poziomów energetycznych jego elektronów. Wyższe energie odpowiadają długościom fal w kierunku krótszego, niebieskiego końca widma światła widzialnego.
Linie emisyjne i absorpcyjne
Kiedy światło przechodzi przez atomy, te atomy mogą wchłonąć część energii świetlnej. Widmo absorpcyjne pokazuje nam, jaka długość fali światła została zaabsorbowana przez dany gaz. Widmo absorpcyjne wygląda jak widmo ciągłe lub tęcza z kilkoma czarnymi liniami. Te czarne linie reprezentują energie fotonów pochłonięte przez elektrony w gazie. Kiedy oglądamy widmo emisji dla odpowiedniego gazu, wyświetli odwrotność; widmo emisyjne będzie wszędzie czarne, z wyjątkiem energii fotonów, które wcześniej pochłonął.
Co decyduje o liczbie linii?
Widma emisji mogą mieć dużą liczbę linii. Liczba linii nie jest równa liczbie elektronów w atomie. Na przykład wodór ma jeden elektron, ale jego widmo emisyjne pokazuje wiele linii. Zamiast tego każda linia emisyjna reprezentuje inny skok energii, który mógłby wykonać elektron atomu. Kiedy wystawiamy gaz na działanie fotonów o wszystkich długościach fal, każdy elektron w gazie może pochłonąć foton o dokładnie odpowiedniej energii, aby wzbudzić go na następnym możliwym poziomie energetycznym. W związku z tym fotony widma emisyjnego reprezentują różne możliwe poziomy energii.