Електронізовані електрони повинні виділяти енергію, щоб повернутися до свого стабільного стану. Коли відбувається це вивільнення, воно відбувається у вигляді світла. Отже, спектри атомних викидів представляють електрони в атомі, що повертаються до нижчих енергетичних рівнів. Через природу квантової фізики електрони можуть поглинати і випромінювати лише специфічні, дискретні енергії. Кожен елемент має характерне розташування електронних орбіталей та енергій, яке диктує, яким кольором будуть емісійні лінії.
Квантовий світ
У той час як багато речей, які ми сприймаємо, диктуються класичною, безперервною механікою, атомний світ диктується неперервністю та ймовірністю. Електрони в атомі існують на дискретних енергетичних рівнях, не маючи жодного посередника. Якщо електрон збуджується до нового енергетичного рівня, він миттєво підскакує до цього рівня. Коли електрони повертаються до нижчих рівнів енергії, вони виділяють енергію в квантованих пакетах. Можна протиставити цьому вогонь, який повільно вигорає. Палаючий вогонь безперервно виділяє енергію, коли вона охолоджується і з часом вигорає. Електрон, навпаки, миттєво випромінює всю свою енергію і переходить на нижчий енергетичний рівень, не проходячи через перехідний стан.
Що визначає колір ліній в спектрі викидів?
Енергія від світла існує в пакетах, які називаються фотонами. Фотони мають різну енергію, яка відповідає різній довжині хвилі. Отже, колір емісійних ліній відображає кількість енергії, що виділяється електроном. Ця енергія змінюється залежно від орбітальної структури атома та енергетичних рівнів його електронів. Більш високі енергії відповідають довжинам хвиль до коротшого, синього кінця видимого світла.
Лінії викидів та поглинання
Коли світло проходить через атоми, ці атоми можуть поглинати частину світлової енергії. Спектр поглинання показує, яку довжину хвилі від світла поглинув певний газ. Спектр поглинання виглядає як суцільний спектр, або веселка, з деякими чорними лініями. Ці чорні лінії представляють енергії фотонів, поглинені електронами в газі. Коли ми розглядаємо спектр випромінювання для відповідного газу, він відображатиме зворотне; спектр випромінювання буде чорним скрізь, за винятком енергій фотонів, які він раніше поглинув.
Що визначає кількість рядків?
Спектри випромінювання можуть мати велику кількість ліній. Кількість ліній не дорівнює кількості електронів в атомі. Наприклад, водень має один електрон, але його спектр випромінювання показує безліч ліній. Натомість кожна лінія випромінювання являє собою різний стрибок енергії, який може зробити електрон атома. Коли ми піддаємо газ фотонам усіх довжин хвиль, кожен електрон в газі може поглинати фотон з точно потрібною енергією, щоб збудити його на наступний можливий енергетичний рівень. Отже, фотони спектра випромінювання представляють різноманітні можливі рівні енергії.