1800'ler boyunca ve 1900'lerin başlarında bilim adamları, ışık üzerinde oldukça karmaşık ölçümler yapmak için araçlara sahipti. Örneğin, ışığı bir prizmadan geçirebilir veya bir ızgaradan sektirebilir ve gelen ışığı tüm renklerine bölebilirler. Tüm farklı renklerde ışık kaynağının yoğunluğunun bir resmini elde edeceklerdi. Bu renk yayılımına spektrum denir ve bu spektrumları inceleyen bilim adamları, gördükleri renklerin yayılmasıyla biraz karıştı. 1900'lerin ilk on yılları, anlayışta büyük bir sıçrama gördü. Bilim adamları artık elementleri ve bileşikleri tanımlamak için spektroskopinin nasıl kullanılabileceğini anlıyor.
Kuantum Mekaniği ve Spektrumlar
Işık enerji içerir. Bir atomun fazladan enerjisi varsa, foton adı verilen küçük bir ışık paketi göndererek ondan kurtulabilir. Aynı zamanda tersi de çalışır: eğer bir foton fazladan enerji kullanabilecek bir atomun yanına gelirse, foton atom tarafından emilebilir. Bilim adamları spektrumları ilk kez doğru bir şekilde ölçmeye başladıklarında, kafalarını karıştıran şeylerden biri, birçok spektrumun süreksiz olmasıydı. Yani, sodyum yandığında, spektrumu sarı ışığın düzgün bir yayılımı değildi - birkaç farklı, küçük sarı banttı. Ve diğer tüm atomlar aynı şekildedir. Sanki atomlardaki elektronlar sadece çok dar bir enerji aralığını soğurabiliyor ve yayabiliyormuş gibi - ve durum tam olarak böyle oldu.
Enerji seviyeleri
Bir atomdaki elektronların yalnızca belirli enerji seviyelerini yayıp soğurabildiğinin keşfi, kuantum mekaniği alanının kalbidir. Bunu, bir elektronun atomunun çekirdeğinin etrafındaki bir tür merdiven üzerinde olduğunu düşünebilirsiniz. Merdiven ne kadar yüksekse, o kadar fazla enerjisi vardır - ama asla merdivenin basamakları arasında olamaz, şu ya da bu basamakta olmak zorundadır. Bu adımlara enerji seviyeleri denir. Dolayısıyla, eğer bir elektron yüksek bir enerji seviyesindeyse, daha düşük seviyelerden herhangi birine düşerek fazladan enerjiden kurtulabilir - ama arada hiçbir yere değil.
Enerji Seviyeleri nerede?
Bir atom bir arada kalır çünkü merkezindeki çekirdek pozitif yüklüdür ve vızıldayan elektronlar negatif yüklüdür. Zıt yükler birbirini çeker, bu nedenle elektronlar çekirdeğe yakın durma eğiliminde olur. Ancak çekimin gücü, çekirdekte kaç tane pozitif yük olduğuna ve diğer kaç tane pozitif yük olduğuna bağlıdır. elektronlar vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır vızır hareket etmektedir ki en dıştaki elektronların pozitifin çekimini çekirdek. Dolayısıyla bir atomdaki enerji seviyeleri, çekirdekte kaç tane proton olduğuna ve çekirdeğin yörüngesinde kaç elektron olduğuna bağlıdır. Ancak bir atom farklı sayıda proton ve elektrona sahip olduğunda, farklı bir element haline gelir.
Spektrumlar ve Elementler
Her elementin çekirdeğinde farklı sayıda proton bulunduğundan, her elementin enerji seviyesi benzersizdir. Bilim adamları bu bilgiyi iki ana şekilde kullanabilirler. İlk olarak, bir madde fazladan enerji aldığında -- örneğin bir aleve tuz koyduğunuzda -- maddedeki elementler genellikle bu enerjiden emisyon spektrumu adı verilen ışık yayarak kurtulur. İkincisi, ne zaman hafif yolculuklar örneğin bir gaz aracılığıyla, gaz bu ışığın bir kısmını emebilir -- bu bir absorpsiyon spektrumudur. Emisyon spektrumlarında, elementlerin enerji seviyeleri arasındaki farka karşılık gelen parlak çizgiler ortaya çıkacaktır, burada bir absorpsiyon spektrumunda çizgiler karanlık olacaktır. Bilim adamları, çizgilerin düzenine bakarak numunedeki elementlerin enerji seviyelerini anlayabilirler. Her elementin benzersiz enerji seviyeleri olduğundan, spektrumlar bir numunedeki elementlerin tanımlanmasına yardımcı olabilir.