Energiserade elektroner behöver släppa energi för att återgå till sitt stabila tillstånd. När denna släpp sker sker det i form av ljus. Därför representerar atomutsläppsspektra elektronerna i en atom som återgår till lägre energinivåer. På grund av kvantfysikens natur kan elektroner absorbera och avge endast specifika, diskreta energier. Varje element har ett karakteristiskt arrangemang av elektronorbitaler och energier som dikterar vilken färg utsläppslinjerna kommer att ha.
Kvantvärlden
Medan många av de saker vi uppfattar dikteras av klassisk, kontinuerlig mekanik, dikteras atomvärlden av diskontinuitet och sannolikhet. Elektronerna i en atom finns på diskreta energinivåer utan mellanliggande mark. Om en elektron är upphetsad till en ny energinivå hoppar den omedelbart upp till den nivån. När elektroner återgår till lägre energinivåer frigör de energi i kvantiserade paket. Du kan kontrastera detta med en eld som sakta brinner ut. En brinnande eld avger energi kontinuerligt när den svalnar och så småningom brinner ut. En elektron, å andra sidan, avger all sin energi omedelbart och hoppar till en lägre energinivå utan att passera genom ett övergångstillstånd.
Vad bestämmer färgen på linjer i ett utsläppsspektrum?
Energi från ljus finns i paket som kallas fotoner. Fotoner har olika energier som motsvarar olika våglängder. Därför speglar färgen på utsläppslinjer mängden energi som frigörs av en elektron. Denna energi förändras beroende på atomens omloppsstruktur och energinivåerna hos dess elektroner. Högre energier motsvarar våglängder mot den kortare, blåa änden av det synliga ljusspektret.
Utsläpps- och absorptionslinjer
När ljus passerar genom atomer kan dessa atomer absorbera en del av ljusets energi. Ett absorptionsspektrum visar vilken våglängd från ljus som absorberades av en viss gas. Ett absorptionsspektrum ser ut som ett kontinuerligt spektrum, eller regnbåge, med några svarta linjer. Dessa svarta linjer representerar fotonergier som absorberas av elektroner i gasen. När vi ser utsläppsspektrumet för motsvarande gas kommer det att visa det inversa; Utsläppsspektrumet kommer att vara svart överallt förutom de fotonenergier som det tidigare absorberat.
Vad bestämmer antalet rader?
Utsläppsspektra kan ha ett stort antal linjer. Antalet linjer är inte lika med antalet elektroner i en atom. Till exempel har väte en elektron, men dess utsläppsspektrum visar många linjer. Istället representerar varje utsläppslinje ett annat hopp i energi som en elektron av en atom kan göra. När vi exponerar en gas för fotoner av alla våglängder kan varje elektron i gasen absorbera en foton med exakt rätt energi för att excitera den till nästa möjliga energinivå. Följaktligen representerar fotonerna i ett emissionsspektrum en mängd möjliga energinivåer.