Warum sieht man Linienspektren nur in Gasen?

Das mag eine dumme Frage sein, aber ich konnte die Antwort in meinem Lehrbuch oder im Internet mit ein paar Suchen nicht finden.

Ich glaube also, wenn sich ein atomares Elektron auf ein niedrigeres Energieniveau bewegt, gibt es dabei Strahlung ab. Da die Energieniveaus jedoch diskret sind, haben die freigesetzten Photonen spezifische Energien und damit Wellenlängen, die zu den Linienspektren führen.

Dies gilt jedoch anscheinend nur für heiße Gase und nicht für Flüssigkeiten oder Feststoffe, die ein kontinuierliches Emissionsspektrum haben. Warum ist das?

Antworten (4)

In Flüssigkeiten und Festkörpern wird der Energieunterschied zwischen den Energieniveaus sehr klein, da die Elektronenwolken mehrerer Atome sehr nahe beieinander liegen. Diese ähnlichen Energieniveaus bilden „Bänder“ aus nicht unterscheidbaren Spektrallinien.

In Gasen sind Atome jedoch locker genug beabstandet, so dass die Wechselwirkung zwischen Atomen minimal ist. Dies ermöglicht, dass die Energieniveaus einen ausreichenden Energieunterschied aufweisen, um deutliche Linien zu bilden.

Ok das macht Sinn. Verschmelzen also in Flüssigkeiten und Feststoffen die Energieniveaus mehrerer Atome verschiedener Elemente? Bedeutet dies, dass Elektronen sich frei von den Energieniveaus eines Atoms zu den Energieniveaus eines anderen Atoms bewegen können?
Bedeutet das, dass Sie Spektrallinien im Regenbogen, die vom Prisma erzeugt werden, nicht wirklich sehen können? Die neue Cosmos-Serie mit Tyson schlug vor, dass sie sichtbar sein sollten
Regenbogen haben wenig mit Spektrallinien zu tun. Sie werden durch Beugung verursacht.
@IK-_-IK Die Energieniveaus verschmelzen nicht so sehr, wie sie sich unter dem Einfluss anderer Atome in der Nähe in mehrere (leicht) unterschiedliche Niveaus aufteilen. Je mehr Atome in der Nähe sind, desto mehr teilen sich die Ebenen auf.
@Lope. NDGT zeigte die Analyse des Lichts über das Prisma. Das Prisma ist nicht die Quelle. Wenn das von Ihnen gestreute Licht Linien innerhalb des Spektrums hatte, werden die Linien angezeigt und durch Vergrößern des erhaltenen Regenbogens sichtbar gemacht. Hat nichts mit dem Q zu tun. Zumindest nicht auf Prismenebene.
@Alchimista ah richtig, du hast vollkommen recht. Da bin ich etwas durcheinander gekommen, danke für die Aufklärung
@Gregory25 Regenbogen haben viel mit Spektrallinien zu tun. Ein traditioneller Regenbogen ist ein „gestreutes“ Spektrum von weißem Licht von der Sonne (und die Sonne hat im Grunde ein kontinuierliches Spektrum in diesem Bereich, sodass Sie keine Linien sehen). Wenn die Lichtquelle, die durch ein Prisma geleitet wird, Spektrallinien im sichtbaren Spektrum aufweist, erscheinen sie, wenn Sie mit einem Prisma einen "Regenbogen" daraus machen. Oder meinst du das nicht?
@ Yakk Es scheint, dass ich die Frage falsch verstanden habe. Ich denke, Ihr Kommentar beantwortet Lopes Frage richtig.
Die Hauptantwort hier ist nicht wirklich richtig, obwohl sie eine hohe Punktzahl hat. Der Energieunterschied der Ebenen im Atom wird bei hohem Druck oder in einem Lösungsmittel oder Feststoff nicht "sehr klein", sondern jeder wird breiter, wie @freecharly in dieser Antwort beschreibt. In einem Festkörper ändert das elektrische Feld des Substrats die Energie verschiedener Niveaus, und diese können sich auf eine durch Symmetrie bestimmte Weise nach oben oder unten bewegen. Es ist möglich, schmale Linien von Ionen in Festkörpern, Nd, zu beobachten 3 + in einem YAG-Kristall oder Chrom-Ionen in einem Rubin, beide erzeugen schmale Laserlinien.

Linienspektren sieht man meist nur in Gasen, weil dort die Wechselwirkung zwischen den Atomen vernachlässigt werden kann. In Gasen mit hohen Drücken kommt es zu der sogenannten Stoßverbreiterung der Linien, die schließlich zu Bändern werden. In ähnlicher Weise sind die Atome in Flüssigkeiten und Festkörpern so nah beieinander, dass die Wechselwirkung zwischen ihnen dazu führt, dass die diskreten Spektrallinien zu Bändern werden.

Es ist eine gute Frage, es ist nicht dumm. Tatsächlich kann dieses Phänomen auch bei Flüssigkeiten und Feststoffen beobachtet werden. Jedes Element hat seine eigene eindeutige Spektrallinie und diese Tatsache kann und wurde verwendet, um ein Element zu identifizieren. Allerdings ist es viel schwieriger, die Spektrallinien von Flüssigkeiten und Festkörpern zu beobachten, da die Atome so dicht beieinander liegen. Außerdem scheinen Tabellen der Spektrallinien von Elementen nur bis zum 99. Element, Einsteinium (ohne Astatin (At, 85) und Francium (Fr, 87) zu gehen.

Ich konnte keine Daten darüber finden, woran das liegen könnte, aber ich glaube, es liegt einfach daran, dass wir die Spektrallinien der schwereren Elemente aufgrund ihrer Instabilität und Knappheit nicht testen konnten. Es ist unglaublich, weil einige der schwereren und instabileren Elemente wahnsinnig kurze Halbwertszeiten haben, die von 100,5 Tagen (das stabilste Isotop von Fermium (Fm, 100)) bis zu 0,69 Mikrosekunden (0,00069 Millisekunden) reichen (Oganesson (Og, 118)). Dies würde die Messung ihrer Spektrallinien nahezu unmöglich machen. Dabei ist nicht einmal berücksichtigt, wie viel das kosten würde. Diese schwereren Elemente haben wahrscheinlich ihre eigenen Spektrallinien, aber aufgrund von allem, was ich oben gesagt habe, ist es nicht genau möglich, sie zu messen.

Ich hoffe das hat geholfen,

Sie können eine Liste aller bekannten Spektrallinien von Elementen auf Wikipedia sehen, da sie die aktuellste Tabelle zu haben scheint. Meistens gehen alle Lehrbücher über die Spektrallinien der Elemente nur bis zu Uran, aber Lehrbücher gehen viel detaillierter auf jedes Element ein.

https://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_line

Nur weil ein Element bei STP flüssig oder fest ist und Sie ein Atomspektrum dafür finden, bedeutet das nicht, dass das Spektrum aufgenommen wurde, während die Substanz in festem oder flüssigem Zustand war. Ich weiß nicht genau, ob das nicht passiert, aber ich weiß , dass oft ein Teil einer Probe in eine Phase mit verdünnter Phase für die Spektrographie umgewandelt wird.
Wenn das wahr wäre? Wie um alles in der Welt haben sie diese Daten für Kohlenstoff gefunden? mit einem Siedepunkt von 5100 K (das ist möglich, aber immer noch extrem heiß) und Kohlenstoff wäre verbrannt und hätte lange vor dem Sieden eine Bindung mit einem anderen Atom (wie Sauerstoff oder Wasserstoff) gebildet. Plus, glauben Sie wirklich, dass sie Rhenium gekocht haben, das einen Siedepunkt von 5.870 K hat (ziemlich verdammt schwer zu kochen) und eines der seltensten Elemente der Erde ist?
In modernen Maschinen verdampfen sie typischerweise einen Teil der Probe mit einem gepulsten Laser. Das ist kommerzielle Technologie von der Stange.
Ich verstehe, ich denke so, dass sie Kohlenstoff im Vakuum mit dem Laser verdampfen können und außerdem verhindern, dass er eine Bindung eingeht. Entschuldigung, ich hätte mehr recherchieren sollen. danke dmckee für die Klarstellung. @IK-_-IK, verlassen Sie sich nicht auf meine Aussage, denn sie ist falsch.
@Anthony Sie implizieren hier, dass die Spektrallinien für jedes Element nur durch Messung bekannt sind. Das überrascht mich ein wenig, erlaubt uns unser Modell für die Atomstruktur nicht, die Emissionsspektren zuverlässig vorherzusagen?

Dies gilt jedoch anscheinend nur für heiße Gase und nicht für Flüssigkeiten oder Feststoffe

Anstelle der Phase des Materials sollten Sie die optische Dicke bewerten.

Wenn das Material ungefähr transparent ist (wie ein dünnes Gas), dann kann die diskrete Übergangsstrahlung direkt empfangen werden und Sie sehen das Linienspektrum.

Wenn das Material grob undurchsichtig ist, dann ist es wahrscheinlicher, dass die diskrete Übergangsstrahlung mit dem Material wechselwirkt. Diese Wechselwirkung thermalisiert die Strahlung und erzeugt das kontinuierliche Spektrum.

http://www.physics.usyd.edu.au/~helenj/SeniorAstro/lecture04.pdf

Beachten Sie, dass der wichtige Punkt hier ist, dass die Strahlung mit dem Material interagiert, nicht, ob das Material eine Wechselwirkung mit sich selbst hat.

Die Basis der Photosphäre (woher das kontinuierliche Spektrum der Sonne kommt) ist in etwa nicht besonders dicht 3 × 10 − 4 kg/m 3 . Die Gesamtmenge an Material reicht jedoch aus, um tiefer erzeugte Strahlung zu blockieren.

Was ist mit Glas oder monomolekularen transparenten Kristallen, durch die man hindurchsehen kann? Wie Glimmer oder eine Seifenblase. Ich denke, sie werden dünn genug sein. Ein Stickstofflaser soll in seiner Länge selbstbegrenzend sein (ca. 1 m), da er das Laserlicht mehr absorbiert als erzeugt, wenn die Laserimpulsintensität über einen bestimmten Schwellenwert hinaus verstärkt wird. Ich nehme an, es wird seine Linien verlieren, wenn der Weg auch länger als 1 m ist.
Googlen Sie einfach Linienspektren in Festkörpern und Sie werden viele Beispiele sehen. Hier ist ein nettes: researchgate.net/publication/…
@JohnScales, Ihr Beispiel zeigt IR- / sichtbare Transmissionsspektren und Röntgenbeugungsdiagramme. Emissionsspektren auch nicht.
Das ist nicht die Frage, oder?
@JohnScales, da das OP nach Strahlung fragt, wenn sich Elektronen auf niedrigere Energieniveaus bewegen, würde ich sagen, ja, das ist es.
Fair genug @BowlOfRed. Manchmal ist mir nicht klar, was wirklich gefragt wird. Ich schätze Ihre Klarstellung.
Eigentlich habe ich nur Emissionsspektren in Festkörpern gegoogelt. Viele Ergebnisse. Erfüllt eines davon deine Kriterien @BowlOfRed?
Warum sieht man Linienspektren nur in Gasen?
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