Back to chapter

7.6:

Emissiespectrums

JoVE Core
Química
É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo.  Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
JoVE Core Química
Emission Spectra

Idiomas

COMPARTILHAR

Wanneer een atoom energie absorbeert, worden de elektronen aangeslagen en gaan ze naar een hoger energieniveau. Terwijl de elektronen ontspannen naar een lagere energietoestand of naar de grondtoestand, wordt de overtollige energie vrijgegeven als een foton. De golflengte van het geabsorbeerde en uitgezonden licht hangt af van het verschil tussen het hoge en lage energieniveau.Uitgestraald licht met hoge energie is het resultaat van het ontspannen van elektronen vanaf een hoger energieniveau, en het uitgezonden licht met lage energie is het resultaat van het ontspannen van elektronen van een lager energieniveau. Een emissiespectrum is een maat voor uitgezonden straling over een reeks golflengten. Bij pure elementaire soorten verschijnt het emissiegedrag als lijnen met specifieke golflengten in plaats van een breed spectrum.Dit is het emissiespectrum voor waterstof. De reeks spectraallijnen in het zichtbare lichtgebied staat bekend als de Balmerreeks. Het treedt op wanneer elektronen overgaan van een energieniveau hoger dan n 3 terug naar n 2.Het zichtbare lichtspectrum verschijnt als spectraallijnen bij 410, 434, 486 en 656 nm, die overeenkomen met energieniveauovergangen van respectievelijk n 3, 4, 5 en 6 naar n 2. Extra spectraallijnen kunnen buiten het zichtbare bereik worden gemeten, zoals de Lymanreeks in het UV-gebied en de Paschenreeks in het infraroodgebied. De golflengten van spectraallijnen voor waterstof kunnen worden voorspeld met behulp van een wiskundige uitdrukking, waarbij R-H de Rydberg-constante is, n1 het belangrijkste kwantumgetal van het lagere energieniveau is en n2 het belangrijkste kwantumgetal voor het hogere energieniveau is.Voor de Balmerreeks geldt n1 2. Omdat verschillende atomen verschillende energieniveaus hebben, variëren de spectrale emissielijnen van element tot element en worden ze gebruikt om stoffen te identificeren. Het omgekeerde van een emissiespectrum is het absorptiespectrum.Als we naar waterstof kijken, bevinden de lijnen in het absorptiespectrum zich op dezelfde golflengten van het emissiespectrum, maar zijn ze donker. Dit zijn de golflengten van licht die worden geabsorbeerd door een waterstofatoom wanneer het wordt blootgesteld aan een continu wit lichtspectrum.

7.6:

Emissiespectrums

When solids, liquids, or condensed gases are heated sufficiently, they radiate some of the excess energy as light. Photons produced in this manner have a range of energies, and thereby produce a continuous spectrum in which an unbroken series of wavelengths is present.

In contrast to continuous spectra, light can also occur as discrete or line spectra having very narrow linewidths interspersed throughout the spectral regions. Exciting a gas at low partial pressure using an electrical current, or heating it, will produce line spectra. Fluorescent light bulbs and neon signs operate in this way. Each element displays its own characteristic set of lines, as do molecules, although their spectra are generally much more complicated.

Each emission line consists of a single wavelength of light, which implies that the light emitted by a gas consists of a set of discrete energies. For example, when an electric discharge passes through a tube containing hydrogen gas at low pressure, the H2 molecules are broken apart into separate H atoms and a blue-pink color is observed. Passing the light through a prism produces a line spectrum, indicating that this light is composed of photons of four visible wavelengths.

The origin of discrete spectra in atoms and molecules was extremely puzzling to scientists in the late nineteenth century. According to classical electromagnetic theory, only continuous spectra should be observed. Other discrete lines for the hydrogen atom were found in the UV and IR regions. Johannes Rydberg generalized Balmer's work and developed an empirical formula that predicted all of hydrogen's emission lines, not just those restricted to the visible range, where, n1 and n2 are integers, n1 < n2

Eq1

Even in the late nineteenth century, spectroscopy was a very precise science, and so the wavelengths of hydrogen were measured to very high accuracy, which implied that the Rydberg constant could be determined very precisely as well. That such a simple formula as the Rydberg formula could account for such precise measurements seemed astounding at the time, but it was the eventual explanation for emission spectra by Neils Bohr in 1913 that ultimately convinced scientists to abandon classical physics and spurred the development of modern quantum mechanics.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 3.1: Electromagnetic Energy.