Atomers elektronstruktur & spektra

Atomers elektroner kan bara ha vissa tillåtna energier. Därför absorberar och emitterar atomer bara fotoner med bestämda energier. Resultatet blir karakteristiska spektrallinjer som fungerar som fysikaliska fingeravtryck.

Nivå 2

Förstå → Se exempel → Träna

Förstå

Kvantiserade energinivåer

I en bunden atom är elektronernas möjliga energier diskreta. Det betyder inte att elektronen följer en klassisk bana mellan nivåerna, utan att mätbara energitillstånd är kvantiserade.

Absorption

En atom kan absorbera en foton om fotonens energi passar en tillåten energiskillnad. Elektronen övergår då till ett högre energitillstånd.

Emission

När systemet går från högre till lägre energitillstånd kan en foton emitteras. Fotonens energi är |ΔE| = hf, vilket kopplar atomens energistruktur direkt till spektrallinjens frekvens.

Spektra som mätverktyg

Olika atomslag har olika energinivåstruktur och därmed olika spektrallinjer. I astronomi används linjer för att identifiera ämnen, medan förskjutning och breddning av linjer kan ge information om rörelse och fysikaliska förhållanden.

Linjer och urvalsregler

Alla tänkbara energiskillnader ger inte lika starka spektrallinjer. Kvantmekaniska urvalsregler påverkar vilka övergångar som är sannolika. På gymnasienivå räcker det ofta att förstå att linjernas lägen kommer från energiskillnader, medan deras styrkor också innehåller information om hur sannolika övergångarna är och hur många atomer som finns i olika tillstånd.

Exempel

Exempel: emissionslinje

En elektronövergång i en atom frigör energin 3,0 eV.
Den emitterade fotonen får samma energi: E = hf = 3,0 eV.
Genom att omvandla energin till joule och använda f = E/h kan frekvensen bestämmas, och sedan λ = c/f.
En samling möjliga övergångar ger ett linjespektrum som är karakteristiskt för atomslaget.

Så gör du

1Identifiera begynnelse- och slutenerginivå.
2Beräkna energiskillnaden |ΔE|.
3Avgör om processen är absorption eller emission.
4Sätt fotonenergin lika med hf och omvandla enheter konsekvent.
5Koppla den beräknade frekvensen eller våglängden till den observerade spektrallinjen.