Hva skjer når en Atom Avgir Energy?

Du snu en bryter, slår lyspære på og bader rommet i en svak glød: utslipp av lys virker enkel og grei. Som så ofte skjer i naturen, men dette er prosessen mindre lett enn det vises. Forskere fornuftig av veien eksiterte atomene avgir lys gjennom kvantemekanikk, den grenen av fysikk og kjemi som studerer oppførselen til saken på atomært og subatomære nivå.

Kvantisering av energi

Systemer av partikler i kvantemekanikk beskrives av en matematisk funksjon som kalles en bølgefunksjonen. Bølgefunksjonen må oppfylle ulike kriterier. Det må returnere en enkelt verdi for hvert sett av innganger; det må være sammenhengende over hele dens område; og den absolutte kvadratet av bølgefunksjonen må være integrerbar. Dessuten må det tilfredsstille den tidsavhengige Schrodinger ligning. De betingelser som stilles til det bølgefunksjonen innebærer at bare enkelte wavefunctions er mulig for et gitt system, hver forbundet med en diskret verdi av energi. Med andre ord, er energi kvantisert. Du kan ikke gi et atom noen mengde energi du velge; det kan bare ha visse diskrete verdier av energi.

spent States

Den laveste energitilstand av et kvantesprang systemet kalles grunntilstanden, mens høyere energi stater kalles eksiterte tilstander. Ta hydrogen for et eksempel. De wavefunctions av et hydrogenatom, kalles orbitaler. En hydrogenatom i sin grunntilstand vil ha elektronet i lavest mulig orbital, 1s. Hvis du ga hydrogenatomet ekstra energi - hvis det absorberes et foton av elektromagnetisk stråling, for eksempel - elektronet ville "hoppe" til et høyere orbital og atomet vil nå være i en opphisset tilstand.

utslipps~~POS=TRUNC

Atomer avgir energi i form av elektromagnetisk stråling når de "decay" til et lavere energinivå, sender ut et foton i prosessen. Atomet kan aldri ha en energi på nøyaktig null. Den energi av fotonet den avgir må være lik forskjellen i energi mellom den eksiterte tilstand, og den endelige tilstand. Denne energien i sin tur svarer til frekvensen av det lys den avgir som diktert av Plancks ligning, E = hv, hvor v er frekvensen, og h er en konstant.

Spectra

Når atomer av et gitt element oppvarmes, avgir de lys ved visse karakteristiske bølgelengder. Disse utslipps spektra er nyttige for fysikere og astronomer; ja, de var en av de spor som førte til utviklingen av kvantemekanikk. Det følger også at atomene bare kan absorbere fotoner som har energier tilsvarer forskjellen mellom to tillatte land. Følgelig er de mørke linjene i et absorpsjonsspektrum for et element som vises på de samme stedene som de lyse linjer i et emisjonsspektrum.