De ce sunt spectrele de emisie atomică discontinue?

Electronii energizați trebuie să elibereze energie pentru a reveni la starea lor stabilă. Când se produce această eliberare, ea apare sub formă de lumină. Prin urmare, spectrele de emisii atomice reprezintă electronii dintr-un atom care revin la niveluri mai mici de energie. Datorită naturii fizicii cuantice, electronii pot absorbi și emite numai energii specifice, discrete. Fiecare element are o dispunere caracteristică a orbitalilor și energiilor electronilor care dictează ce culoare vor avea liniile de emisie.

În timp ce multe dintre lucrurile pe care le percepem sunt dictate de mecanica clasică, continuă, lumea atomică este dictată de discontinuitate și probabilitate. Electronii dintr-un atom există la niveluri discrete de energie, fără un punct de mijloc. Dacă un electron este excitat la un nou nivel de energie, acesta sare la acel nivel instantaneu. Când electronii revin la niveluri mai mici de energie, eliberează energie în pachete cuantificate. Puteți contrasta acest lucru cu un foc care se arde încet. Un foc aprins emite energie continuu pe măsură ce se răcește și în cele din urmă arde. Un electron, pe de altă parte, emite toată energia sa instantaneu și sare la un nivel inferior de energie fără a trece printr-o stare de tranziție.

Energia din lumină există în pachete numite fotoni. Fotonii au energii diferite care corespund lungimilor de undă diferite. Prin urmare, culoarea liniilor de emisie reflectă cantitatea de energie eliberată de un electron. Această energie se schimbă în funcție de structura orbitală a atomului și de nivelurile de energie ale electronilor săi. Energiile superioare corespund lungimilor de undă către capătul mai scurt, albastru al spectrului luminii vizibile.

Când lumina trece prin atomi, acești atomi pot absorbi o parte din energia luminii. Un spectru de absorbție ne arată care lungime de undă din lumină a fost absorbită de un anumit gaz. Un spectru de absorbție arată ca un spectru continuu, sau curcubeu, cu câteva linii negre. Aceste linii negre reprezintă energiile fotonice absorbite de electroni în gaz. Când vizualizăm spectrul de emisie pentru gazul corespunzător, acesta va afișa inversul; spectrul de emisie va fi negru peste tot, cu excepția energiilor fotonice pe care le-a absorbit anterior.

Spectrele de emisie pot avea un număr mare de linii. Numărul de linii nu este egal cu numărul de electroni dintr-un atom. De exemplu, hidrogenul are un singur electron, dar spectrul său de emisie prezintă multe linii. În schimb, fiecare linie de emisie reprezintă un salt diferit de energie pe care l-ar putea face un electron al unui atom. Când expunem un gaz fotonilor de toate lungimile de undă, fiecare electron din gaz poate absorbi un foton cu exact energia potrivită pentru a-l excita la următorul nivel de energie posibil. Prin urmare, fotonii unui spectru de emisie reprezintă o varietate de niveluri de energie posibile.