ทำไม Atomic Emission Spectra จึงไม่ต่อเนื่อง?

อิเล็กตรอนที่ได้รับพลังงานจำเป็นต้องปล่อยพลังงานเพื่อกลับสู่สถานะที่เสถียร เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นก็จะเกิดขึ้นในรูปของแสง ดังนั้นสเปกตรัมการปล่อยอะตอมจึงเป็นตัวแทนของอิเล็กตรอนในอะตอมที่กลับสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า เนื่องจากธรรมชาติของฟิสิกส์ควอนตัม อิเล็กตรอนสามารถดูดซับและปล่อยพลังงานเฉพาะเจาะจงเท่านั้น ทุกองค์ประกอบมีการจัดเรียงลักษณะของอิเล็กตรอนออร์บิทัลและพลังงานที่กำหนดว่าเส้นการปล่อยจะเป็นสีอะไร

ในขณะที่หลายสิ่งที่เรารับรู้นั้นถูกกำหนดโดยกลไกแบบคลาสสิกและต่อเนื่อง แต่โลกของอะตอมถูกกำหนดด้วยความไม่ต่อเนื่องและความน่าจะเป็น อิเล็กตรอนในอะตอมมีระดับพลังงานไม่ต่อเนื่องโดยไม่มีจุดกึ่งกลาง หากอิเล็กตรอนตื่นเต้นกับระดับพลังงานใหม่ อิเล็กตรอนจะกระโดดขึ้นไปยังระดับนั้นทันที เมื่ออิเล็กตรอนกลับสู่ระดับพลังงานที่ต่ำกว่า พวกมันจะปล่อยพลังงานออกมาเป็นแพ็คเก็ตเชิงปริมาณ คุณสามารถเปรียบเทียบสิ่งนี้กับไฟที่ค่อยๆ มอดไหม้ ไฟที่ลุกไหม้จะปล่อยพลังงานออกมาอย่างต่อเนื่องเมื่อมันเย็นตัวลงและเผาไหม้ออกไปในที่สุด ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนจะปล่อยพลังงานทั้งหมดออกมาในทันทีและกระโดดไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่าโดยไม่ผ่านสภาวะเปลี่ยนผ่าน

พลังงานจากแสงมีอยู่ในแพ็กเก็ตที่เรียกว่าโฟตอน โฟตอนมีพลังงานที่แตกต่างกันซึ่งสอดคล้องกับความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ดังนั้นสีของเส้นการปล่อยก๊าซจึงสะท้อนถึงปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอน พลังงานนี้เปลี่ยนแปลงขึ้นอยู่กับโครงสร้างการโคจรของอะตอมและระดับพลังงานของอิเล็กตรอน พลังงานที่สูงขึ้นสอดคล้องกับความยาวคลื่นที่ปลายสเปกตรัมแสงที่มองเห็นได้สั้นกว่าสีน้ำเงิน

เมื่อแสงผ่านอะตอม อะตอมเหล่านั้นสามารถดูดซับพลังงานบางส่วนของแสงได้ สเปกตรัมการดูดกลืนแสดงให้เราเห็นว่าความยาวคลื่นจากแสงใดถูกดูดกลืนโดยก๊าซชนิดหนึ่ง สเปกตรัมการดูดกลืนดูเหมือนคลื่นต่อเนื่องหรือรุ้ง โดยมีเส้นสีดำอยู่บ้าง เส้นสีดำเหล่านี้แสดงถึงพลังงานโฟตอนที่ถูกดูดกลืนโดยอิเล็กตรอนในแก๊ส เมื่อเราดูสเปกตรัมการปล่อยก๊าซที่เกี่ยวข้อง จะแสดงค่าผกผัน สเปกตรัมการแผ่รังสีจะเป็นสีดำทุกที่ยกเว้นพลังงานโฟตอนที่ดูดซับไว้ก่อนหน้านี้

สเปกตรัมการแผ่รังสีสามารถมีเส้นจำนวนมาก จำนวนเส้นไม่เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอม ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอน 1 ตัว แต่สเปกตรัมการแผ่รังสีจะแสดงเส้นหลายเส้น แต่เส้นการปล่อยแต่ละเส้นแสดงถึงการกระโดดที่แตกต่างกันของพลังงานที่อิเล็กตรอนของอะตอมสามารถทำได้ เมื่อเราให้ก๊าซสัมผัสกับโฟตอนทุกช่วงความยาวคลื่น อิเล็กตรอนแต่ละตัวในแก๊สอาจดูดซับโฟตอนด้วยพลังงานที่ถูกต้องแม่นยำเพื่อกระตุ้นโฟตอนให้อยู่ในระดับพลังงานถัดไป ดังนั้นโฟตอนของสเปกตรัมการแผ่รังสีจึงแสดงถึงระดับพลังงานที่หลากหลาย