Os elétrons energizados precisam liberar energia para voltar ao seu estado estável. Quando essa liberação acontece, ela ocorre na forma de luz. Conseqüentemente, os espectros de emissões atômicas representam os elétrons em um átomo retornando a níveis de energia mais baixos. Devido à natureza da física quântica, os elétrons podem absorver e emitir apenas energias específicas e discretas. Cada elemento tem um arranjo característico de orbitais de elétrons e energias que ditam a cor das linhas de emissão.
The Quantum World
Enquanto muitas das coisas que percebemos são ditadas pela mecânica clássica e contínua, o mundo atômico é ditado pela descontinuidade e pela probabilidade. Os elétrons em um átomo existem em níveis de energia discretos, sem meio termo. Se um elétron é excitado para um novo nível de energia, ele salta para esse nível instantaneamente. Quando os elétrons retornam a níveis de energia mais baixos, eles liberam energia em pacotes quantizados. Você pode comparar isso com um fogo que se apaga lentamente. Um fogo ardente emite energia continuamente à medida que esfria e eventualmente se extingue. Um elétron, por outro lado, emite toda a sua energia instantaneamente e salta para um nível de energia inferior sem passar por um estado de transição.
O que determina a cor das linhas em um espectro de emissão?
A energia da luz existe em pacotes chamados fótons. Os fótons têm energias diferentes que correspondem a comprimentos de onda diferentes. Portanto, a cor das linhas de emissão reflete a quantidade de energia liberada por um elétron. Essa energia muda dependendo da estrutura orbital do átomo e dos níveis de energia de seus elétrons. Energias mais altas correspondem a comprimentos de onda em direção à extremidade azul mais curta do espectro de luz visível.
Linhas de Emissão e Absorção
Quando a luz passa através dos átomos, esses átomos podem absorver parte da energia da luz. Um espectro de absorção nos mostra qual comprimento de onda da luz foi absorvido por um determinado gás. Um espectro de absorção se parece com um espectro contínuo, ou arco-íris, com algumas linhas pretas. Essas linhas pretas representam as energias dos fótons absorvidas pelos elétrons do gás. Quando visualizamos o espectro de emissão para o gás correspondente, ele exibirá o inverso; o espectro de emissão será preto em todos os lugares, exceto para as energias de fótons que ele absorveu anteriormente.
O que determina o número de linhas?
Os espectros de emissão podem ter um grande número de linhas. O número de linhas não é igual ao número de elétrons em um átomo. Por exemplo, o hidrogênio tem um elétron, mas seu espectro de emissão mostra muitas linhas. Em vez disso, cada linha de emissão representa um salto diferente de energia que um elétron de um átomo poderia dar. Quando expomos um gás a fótons de todos os comprimentos de onda, cada elétron do gás pode absorver um fóton com a energia exata para excitá-lo para o próximo nível de energia possível. Conseqüentemente, os fótons de um espectro de emissão representam uma variedade de níveis de energia possíveis.