Под напряжением электроны должны высвободить энергию, чтобы вернуться в свое стабильное состояние. Когда это высвобождение происходит, оно происходит в виде света. Следовательно, спектры атомной эмиссии представляют электроны в атоме, возвращающиеся на более низкие энергетические уровни. Из-за природы квантовой физики электроны могут поглощать и излучать только определенные, дискретные энергии. Каждый элемент имеет характерное расположение электронных орбиталей и энергий, которое определяет цвет эмиссионных линий.
Квантовый мир
В то время как многие из вещей, которые мы воспринимаем, продиктованы классической непрерывной механикой, атомный мир продиктован прерывностью и вероятностью. Электроны в атоме существуют на дискретных энергетических уровнях без промежуточного звена. Если электрон возбужден на новый уровень энергии, он мгновенно перескакивает на этот уровень. Когда электроны возвращаются на более низкие энергетические уровни, они выделяют энергию квантованными пакетами. Вы можете противопоставить это медленно тлеющему огню. Горящий огонь непрерывно излучает энергию, охлаждая и в конечном итоге гаснув. Электрон, с другой стороны, мгновенно излучает всю свою энергию и переходит на более низкий энергетический уровень, не проходя через переходное состояние.
Что определяет цвет линий в спектре излучения?
Энергия света существует в пакетах, называемых фотонами. Фотоны имеют разные энергии, соответствующие разным длинам волн. Таким образом, цвет эмиссионных линий отражает количество энергии, выделяемой электроном. Эта энергия изменяется в зависимости от орбитальной структуры атома и уровней энергии его электронов. Более высокие энергии соответствуют длинам волн ближе к более короткому синему концу спектра видимого света.
Линии выброса и абсорбции
Когда свет проходит через атомы, эти атомы могут поглощать часть световой энергии. Спектр поглощения показывает нам, какая длина волны света была поглощена конкретным газом. Спектр поглощения выглядит как непрерывный спектр или радуга с некоторыми черными линиями. Эти черные линии представляют энергии фотонов, поглощаемых электронами в газе. Когда мы просматриваем спектр излучения для соответствующего газа, он будет отображать обратное; спектр излучения будет черным везде, за исключением энергии фотонов, которые он ранее поглотил.
Что определяет количество строк?
Спектры излучения могут иметь большое количество линий. Количество линий не равно количеству электронов в атоме. Например, у водорода один электрон, но в его спектре излучения много линий. Вместо этого каждая линия излучения представляет собой различный скачок энергии, который мог бы совершить электрон атома. Когда мы подвергаем газ воздействию фотонов всех длин волн, каждый электрон в газе может поглотить фотон с нужной энергией, чтобы вывести его на следующий возможный энергетический уровень. Следовательно, фотоны спектра излучения представляют собой множество возможных уровней энергии.