Jupiterimages/Photos.com/Getty Images

Geactiveerde elektronen moeten overtollige energie kwijtraken om zich in een lagere, stabiele toestand te vestigen. Die vrijlating manifesteert zich als fotonen – licht. Atoomemissiespectra zijn daarom een ​​kaart van elektronen die terugglijden naar lagere energieniveaus. De kwantummechanica schrijft voor dat elektronen alleen specifieke, discrete energiekwanta kunnen absorberen of uitzenden. De unieke orbitale configuratie van elk element bepaalt de golflengten, en dus de kleuren, van de emissielijnen.

De kwantumwereld

Terwijl de macroscopische wereld voortdurende, deterministische wetten volgt, wordt het microscopische rijk geregeerd door discrete toestanden en waarschijnlijkheid. Elektronen bezetten verschillende energieniveaus zonder tussenliggende toestanden. Wanneer een elektron wordt opgewonden, springt het onmiddellijk naar een hoger niveau; wanneer het ontspant, zendt het een foton uit waarvan de energie gelijk is aan de kloof tussen de twee niveaus. In tegenstelling tot een gestaag brandend vuur, dat geleidelijk energie afgeeft, geeft een elektron zijn energie in één keer vrij.

Wat bepaalt de kleur van lijnen in een emissiespectrum?

Energie uit licht bestaat in pakketjes die fotonen worden genoemd. Fotonen hebben verschillende energieën die overeenkomen met verschillende golflengten. Daarom weerspiegelt de kleur van de emissielijnen de hoeveelheid energie die door een elektron wordt vrijgegeven. Deze energie verandert afhankelijk van de orbitale structuur van het atoom en de energieniveaus van zijn elektronen. Hogere energieën komen overeen met golflengten aan het kortere, blauwe uiteinde van het zichtbare lichtspectrum.

Emissie- en absorptielijnen

Wanneer licht door atomen gaat, kunnen die atomen een deel van de energie van het licht absorberen. Een absorptiespectrum laat ons zien welke golflengten van licht door een bepaald gas werden geabsorbeerd. Een absorptiespectrum ziet eruit als een continu spectrum, of regenboog, met enkele zwarte lijnen. Deze zwarte lijnen vertegenwoordigen fotonenergieën die worden geabsorbeerd door elektronen in het gas. Wanneer we het emissiespectrum voor het overeenkomstige gas bekijken, wordt het omgekeerde weergegeven; het emissiespectrum zal overal zwart zijn, behalve de fotonenergieën die het voorheen absorbeerde.

Wat bepaalt het aantal regels?

Emissiespectra kunnen een groot aantal lijnen bevatten. Het aantal lijnen is niet gelijk aan het aantal elektronen in een atoom. Waterstof heeft bijvoorbeeld één elektron, maar het emissiespectrum vertoont veel lijnen. In plaats daarvan vertegenwoordigt elke emissielijn een andere sprong in energie die een elektron van een atoom zou kunnen maken. Wanneer we een gas blootstellen aan fotonen van alle golflengten, kan elk elektron in het gas een foton absorberen met precies de juiste energie om het naar het volgende mogelijke energieniveau te brengen. Daarom vertegenwoordigen de fotonen van een emissiespectrum een verscheidenheid aan mogelijke energieniveaus.