Angenommen, es gibt eine (schwarze) elektromagnetische Strahlungsquelle. Es sollte jede Sekunde eine endliche Menge an Photonen emittieren, mit einem Intensitäts-Frequenz-Diagramm, das einer Maxwell-Boltzmann-Verteilungskurve ähnelt. Jedes Photon hat eine bestimmte Energiemenge. Nun liegt der Quelle eine Ansammlung von Atomen eines Elements gegenüber, zum Beispiel Neon. Einige der Photonen haben genau die Energiemenge, die erforderlich ist, um ein Elektron anzuregen und es so auf ein höheres Energieniveau zu bringen. Mir wurde beigebracht, dass die Energie, die benötigt wird, um es auf diese Ebene zu bewegen, exakt oder diskret ist, mehr oder weniger, und das Elektron würde sich nicht auf diese Ebene bewegen.
Die Frequenz – oder Energie – eines Photons kann beliebige Werte annehmen und ist somit eine kontinuierliche Variable. Daher fällt bei der Verteilung der Frequenzen/Energien für die Photonen aus der beschriebenen Quelle sicherlich die Wahrscheinlichkeit, dass ein Elektron genau die Energiemenge hat, die erforderlich ist, um ein Elektron ein Energieniveau nach oben zu bewegen, auf 0. Trotzdem ist das, was ich vorgeschlagen habe, eindeutig Dies ist nicht der Fall, da Elektronen eindeutig genau die Energiemenge absorbieren, die erforderlich ist, um sie ständig auf ein höheres Energieniveau zu bringen, wie aus Absorptionsspektren ersichtlich ist.
Meine Frage ist daher, wie kommt es, dass wir all diese Absorption sehen, wenn die Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon eine präzise Energie auf einer kontinuierlichen Skala hat, 0 ist? Gibt es einen gewissen Spielraum, wie viel Energie ein Elektron ein Energieniveau nach oben bewegen würde?
Mir wurde beigebracht, dass die Energie, die benötigt wird, um es auf diese Ebene zu bewegen, exakt oder diskret ist, mehr oder weniger, und das Elektron würde sich nicht auf diese Ebene bewegen.
Dies ist eine ideale Aussage, die meistens für ein isoliertes Atom gilt. Aber selbst wenn dies zutrifft, bedeutet dies nicht, dass andere Wechselwirkungen fehlen (wie Streuung oder Ionisation).
Zunächst „sieht“ das Atom die Frequenz der einfallenden Strahlung je nach Geschwindigkeit unterschiedlich. Wechselwirkungen mit anderen Atomen können den Prozess ebenfalls beeinflussen. Bei hohen Temperaturen und hohen Drücken vergrößert sich also der Frequenzbereich, der von einem einzelnen Atom absorbiert werden kann.
Wichtiger für alltägliche Erfahrungen ist, dass molekulare Elektronenkonfigurationen (insbesondere mit zunehmender Molekülgröße) wesentlich komplexer sind als isolierte Atome. Die Wechselwirkungen der Elektronenhüllen führen dazu, dass die diskreten, leicht nachweisbaren Energieniveaus verschwinden, wobei große Absorptionsbereiche möglich sind.
Stickstoff, Sauerstoff und Argon in unserer Atmosphäre sind ein gutes Beispiel für einfache Moleküle, die Schwierigkeiten haben, ein breites Spektrum an Licht zu absorbieren. Aber sobald Sie Massenmaterial erzeugen, steigt die mögliche Absorption und es wird schwieriger, Materialien zu finden, die große Frequenzbereiche passieren.
Jon Kuster