Energetické elektróny musia uvoľniť energiu, aby sa vrátili do stabilného stavu. Keď dôjde k tomuto uvoľneniu, dôjde k nemu vo forme svetla. Spektrá atómových emisií teda predstavujú elektróny v atóme, ktoré sa vracajú k nižším energetickým hladinám. Vzhľadom na povahu kvantovej fyziky môžu elektróny absorbovať a emitovať iba špecifické, diskrétne energie. Každý prvok má charakteristické usporiadanie elektrónových orbitálov a energií, ktoré určujú, akú farbu budú mať emisné čiary.
Kvantový svet
Zatiaľ čo veľa vecí, ktoré vnímame, je diktovaných klasickou spojitou mechanikou, atómový svet je diktovaný diskontinuitou a pravdepodobnosťou. Elektróny v atóme existujú na diskrétnych úrovniach energie bez akejkoľvek strednej cesty. Ak je elektrón vzrušený na novú energetickú hladinu, okamžite na ňu vyskočí. Keď sa elektróny vrátia na nižšie energetické hladiny, uvoľňujú energiu v kvantovaných balíkoch. Môžete to kontrastovať s ohňom, ktorý pomaly horí. Horiaci oheň vydáva energiu neustále, keď sa ochladzuje a nakoniec horí. Na druhej strane elektrón okamžite emituje všetku svoju energiu a bez prechodu cez prechodný stav skočí na nižšiu energetickú hladinu.
Čo určuje farbu čiar v emisnom spektre?
Energia zo svetla existuje v balíkoch nazývaných fotóny. Fotóny majú rôzne energie, ktoré zodpovedajú rôznym vlnovým dĺžkam. Preto farba emisných čiar odráža množstvo energie uvoľnenej elektrónom. Táto energia sa mení v závislosti od orbitálnej štruktúry atómu a energetických hladín jeho elektrónov. Vyššie energie zodpovedajú vlnovým dĺžkam smerom ku kratšiemu, modrému koncu spektra viditeľného svetla.
Emisné a absorpčné čiary
Keď svetlo prechádza cez atómy, môžu tieto atómy absorbovať časť energie svetla. Absorpčné spektrum nám ukazuje, ktoré vlnové dĺžky zo svetla boli absorbované konkrétnym plynom. Absorpčné spektrum vyzerá ako spojité spektrum alebo dúha s čiernymi čiarami. Tieto čierne čiary predstavujú energie fotónov absorbované elektrónmi v plyne. Keď si pozrieme emisné spektrum pre príslušný plyn, zobrazí sa inverzná hodnota; emisné spektrum bude všade čierne okrem energií fotónov, ktoré predtým absorboval.
Čo určuje počet riadkov?
Emisné spektrá môžu mať veľký počet riadkov. Počet riadkov sa nerovná počtu elektrónov v atóme. Napríklad vodík má jeden elektrón, ale jeho emisné spektrum ukazuje veľa čiar. Namiesto toho každá emisná čiara predstavuje iný skok v energii, ktorý by mohol urobiť elektrón atómu. Keď vystavíme plyn fotónom všetkých vlnových dĺžok, každý elektrón v plyne môže absorbovať fotón s presne tou správnou energiou, aby ho excitoval na ďalšiu možnú energetickú hladinu. Fotóny emisného spektra teda predstavujú rôzne možné energetické úrovne.