Atomspektren

Atomspektren sinn en direkten Noweis dofir, datt atomar Energien quantiséiert sinn. Ugereegt Atomer emittéieren Liicht nëmme bei bestëmmte Wellelängten a kënnen déi selwecht charakteristesch Wellelängten absorbéieren. D’Muster identifizéiert d’Element a weist Detailer vu senger Elektronestruktur.

Spektrallinnen amplaz vun engem kontinuéierleche Reebou

En ugereegten atomare Gas emittéiert normalerweis net all méiglech Faarwen. Säin Emissiounsspektrum besteet aus schmuele Linnen op feste Positiounen. Beim Absorptiounsspektrum erschéngen donkel Linnen bei de selwechten Energien, well Photonen den Atom tëscht de selwechten erlaabten Zoustänn wiessle loossen.

D’Positioun vun enger Linn entsprécht engem Energieënnerscheed: ΔE = hν = hc/λ. Eng Wellelängt ass also net nëmmen eng Faarfbezeechnung, mee eng Mooss fir den Ofstand tëscht zwou Quantezoustänn.

Diskret Linne bilden e Fangerofdrock vum Atom. All Photon entsprécht engem erlaabten Energieënnerscheed; de Spektrum ass kee kontinuéierleche Reebou.

Waasserstoff an d’Rydberg-Relatioun

Fir Waasserstoff kann een vill Iwwergäng mat 1/λ = R_H(1/n_niddreg² − 1/n_héich²) beschreiwen, mat n_héich > n_niddreg. D’Serië gi nom Endniveau klasséiert: Lyman op n=1, Balmer op n=2 a Paschen op n=3.

D’Balmer-Linn Hα bei ronn 656 nm ass den Iwwergank 3→2; Hβ bei ronn 486 nm ass 4→2. Mat méi héijem n_héich leien d’Niveaue méi no beieneen an d’Linne konvergéieren.

Spektralserie gruppéieren Iwwergäng nom Endniveau. Si konvergéieren, well d’Waasserstoffniveaue sech un d’Ionisatiounsgrenz usammelen.

Spektren vu Méi-Elektronen-Atomer

Atomer mat ville Elektronen hunn vill méi Iwwergäng. Ënnerschuelenergien, Elektron–Elektron-Interaktiounen, Spin–Bunn-Kopplung a Selektiounsreegele maachen de Spektrum vill méi räich wéi beim Waasserstoff.

D’Intensitéit vun enger Linn hänkt vun der Besetzung vum Ausgangszoustand an der Iwwergangswahrscheinlechkeet of. Zwee erlaabt Iwwergäng vum selwechten Element kënnen dofir ganz ënnerschiddlech staark sinn.

Vun der Wellelängt zur chemescher Identifikatioun

Atomar Spektroskopie identifizéiert Elementer a Flamen, Plasmaen, Entluedungen a Stärenatmosphären. D’Wellelängteskala muss mat bekannte Linne kalibréiert ginn, an d’Resolutioun muss grouss genuch sinn, fir no beienee Linnen ze trennen.

Eng Spektrallinn ass kee ‘faarwegen Elektron’. Si ass e Photon, deen emittéiert oder absorbéiert gëtt, wann den atomare Quantezoustand sech ännert.

Rechner fir Waasserstoffiwwergäng

n héich n niddreg

Verbreedung vu Linnen a reell Miessungen

Reell Spektrallinnen hunn eng endlech Breet. Thermesch Beweegung verursaacht Doppler-Verbreedung, Kollisioune verursaachen Drockverbreedung, an eng endlech Liewensdauer vum ugereegten Zoustand féiert zu natierlecher Verbreedung. D’Instrument füügt seng eege Resolutioun bäi.

Dës Breeten sinn net nëmme Feeler: si kënnen Informatioun iwwer Temperatur, Drock, Vitess a lokal Ëmfeld droen.

Seriegrenze weisen Ionisatiounsenergien

An enger Waasserstoffserie récken d’Linnen ëmmer méi no beieneen, wann n_héich klëmmt. Un der Seriegrenz geet den ieweschten Zoustand an de Kontinuum iwwer: den Atom ass ioniséiert.

Fir Iwwergäng aus dem Grondzoustand entsprécht d’Lyman-Grenz 13,6 eV. D’Konvergenz weist, datt gebonne Niveaue sech un eng endlech Ionisatiounsschwell usammelen.

E Spektrum als Donnéeë liesen

Merkmal	Physikalesch Informatioun
Positioun vun der Linn	Energieënnerscheed tëscht Quantezoustänn.
Relativ Intensitéit	Besetzung vun Ausgangszoustänn an Iwwergangswahrscheinlechkeet.
Linnebreet	Thermesch Beweegung, Drock/Kollisiounen, Liewensdauer an Instrumentresolutioun.
Systematesch Verschiebung	Relativ Beweegung duerch den Doppler-Effekt.
Fein Opdeelung	Spin–Bunn-Interaktioun oder extern elektresch/magnéitesch Felder.

Spektrometer, Kalibratioun a Resolutiounsverméigen

E Spektrometer trennt Wellelängte mat engem Diffraktiounsgitter, Prisma oder interferometresche Verfaren a registréiert d’Intensitéit als Funktioun vu Wellelängt oder Frequenz. D’Kalibratioun mécht aus enger Detektorpositioun eng physikalesch Skala.

D’Resolutiounsverméige bestëmmt, ob zwou no Linnen getrennt erkannt ginn. Méi héich Resolutioun ka Feinstruktur, Isotopenverschiebungen oder iwwerlagert Verbreedunge sichtbar maachen.

Atomar a molekular Spektren

Atomer hunn elektronesch Iwwergäng, awer keng molekular Rotatioun oder Vibratioun. Moleküllen hunn zousätzlech Rotatiouns- a Vibratiounsfräiheetsgraden; dowéinst kënne vill intern Iwwergäng zu Bänner zesummekommen.

An enger Flam oder Entluedung kënne schmuel atomar Linnen a méi komplex molekular Bänner gläichzäiteg optrieden. Déi Differenz ass wichteg fir eng korrekt Zouuerdnung.

Flamtester a Laboridentifikatioun

Beim Erhëtze vun engem Salz kënne Atomer oder Ionen ugereegt ginn a charakteristescht Liicht emittéieren. Déi staark giel Natriumemissioun ass esou intensiv, datt kleng Natriumspuere d’Flamfaarf dominéiere kënnen.

E Spektrometer ass méi zouverlässeg wéi d’A, well en d’Wellelängte trennt an iwwerlappend Emittente kann ënnerscheeden.

Übungen

Balmer-Serie

Eng siichtbar Waasserstofflinn gehéiert zur Balmer-Serie. Wat ass den Endniveau?

Léisung

n = 2. All Iwwergäng an der Balmer-Serie enden um zweeten Energieniveau.

Emissioun an Absorptioun

Wat ënnerscheet eng Emissiounslinn vun der entspriechender Absorptiounslinn?

Léisung

De Energieënnerscheed ass dee selwechten. Bei Emissioun geet den Atom erof an emittéiert e Photon; bei Absorptioun geet en erop andeems en e Photon mat där Energie ophëlt.

Linnebreet

Eng Spektrallinn ass ongewéinlech breet. Wat kéint d’Ursaach sinn?

Léisung

Méiglech Ursaache sinn méi staark thermesch Doppler-Verbreedung, méi Kollisiounen oder Drock, eng kuerz Liewensdauer vum Zoustand oder eng limitéiert Instrumentresolutioun.