Ατομικό Φάσμα

Είδαμε πως τα φωτόνια δημιουργούνται ή εξαφανίζονται όταν αλληλεπιδρούν με τα άτομα. Όμως, το σημαντικό που πρέπει να εμπεδώσουμε είναι οτι εκπομπές μεταξύ ίδιων ενεργειακών επιπέδων πάντοτε παράγουν φωτόνια ίδιου χρώματος. (Για την ακρίβεια, το φωτόνιο δεν έχει χρώμα όμως συχνά αυτός είναι ένας βολικός τρόπος να το φανταζόμαστε αντί του ορθότερου ως μήκος κύματος ή συχνότητα.)

Μπορώ να σας δείξω πως να υπολογίσετε την ενέργεια (κι απ' εκεί τη συχνότητα και το μήκος κύματος) αυτών των φωτονίων ...

Στο παρακάτω πείραμα, υπάρχει μια συσκευή κάτω από το μοντέλο του Bohr που λειτουργεί σαν πρίσμα ή πλέγμα περίθλασης. Δείχνει το ατομικό φάσμα ενός ατόμου υδρογόνου. Όποτε εκπέμπεται ένα φωτόνιο, εμφανίζεται μια γραμμή στο φάσμα ανάλογα με το μήκος κύματος του φωτονίου.



Κάμετε κλικ πάνω σε μια τροχιά ώστε να υποχρεωθεί το ηλεκτρόνιο να πηδήξει σε άλλο ενεργειακό επίπεδο.
Huh. Κάθε φορά που το ηλεκτρόνιο κατεβαίνει ένα επίπεδο παράγει ένα φωτόνιο. Τα ίδια πηδηματάκια παράγουν πάντα τα ίδιο χρώματα.

Όταν έχετε ένα σωρό άτομα, θα στοιχημάτιζα οτι εμφανίζονται όλες αυτές οι διαφορετικές γραμμές ταυτόχρονα.

Ακριβώς, κι αυτό είναι που οι επιστήμονες αποκαλούν ατομικό φάσμα. Παρεπιμπτόντως, το ανάποδο είναι εξίσου αληθές. Αυτά τα ίδια φωτόνια είναι τα μόνα που μπορούν να εκτινάξουν το ηλεκτρόνιο σε υψηλότερα επίπεδα. Φωτόνια άλλων συχνοτήτων απλά προσπερνούν το άτομο.

Αυτό θα μπορούσε να σημαίνει οτι τα άτομα είναι κατά κάποιο τρόπο «διαφανή» σε όλα τα χρώματα εκτός από αυτά της «ομάδας» τους.

Συνεχίζουμε να μιλάμε για τα «χρώματα» αυτών των φωτονίων. Μήπως τούτο σημαίνει οτι τα άτομα αλληλεπιδρούν μόνο με το ορατό φως; Τί συμβαίνει με άλλα είδη ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας;

Μιλούσαμε για ορατό φως γιατί είναι πιο εύκολο να πειραματίζεσαι μ' αυτό. Όμως έχεις δίκιο, πρέπει να μιλάμε για «συχνότητα» ή «μήκος κύματος» των φωτονίων και όχι για το χρώμα τους. Απροπό, θα μιλήσουμε για το πώς βαρύτερα άτομο, που έχουν ένα κάρο ηλεκτρόνια, τείνουν να αλληλεπιδρούν με κύματα υψηλότερης ενέργειας, όπως οι ακτίνες Χ. Μπορούμε να προχωρήσουμε τη συζήτηση γύρω από αυτά τα βαρύτερα άτομα ή να μελετήσουμε κάποια παραδείγματα, όπως το πώς οι μηχανές ακτίνων Χ των νοσοκομείων παράγουν τις ακτίνες Χ, ή πώς τις απορροφούν για να κάνουν εικόνες.