Wie kann das diskrete Atomspektrum beobachtet werden?

Die Antwort hängt von der genauen Versuchsanordnung ab. In einigen Fällen lautet die Antwort auf diese Frage, dass das Elektron nicht direkt herunterfällt und ein identisches Photon emittiert – vielleicht kommt die Anregung von A -> B, aber der Zerfall geht durch einen anderen angeregten Zustand, wie B -> C -> A. In diesem Fall würden Sie zwei energiearme Photonen erhalten, die sich vom Anregungsphoton unterscheiden.

Bleiben wir jedoch bei einem einfachen Zwei-Ebenen-Modell und sprechen über eine gängige Art von Experiment, ungefähr das von Ihnen beschriebene - die Messung des Transmissionsspektrums. In diesem Experiment werden wir nicht feststellen, dass das Licht auf eine bestimmte Weise verändert wird, sondern dass das Licht umgeleitet wird.Richten Sie eine Lichtquelle auf einer Seite der Probe und einen Detektor auf der anderen Seite ein. Dann messen und sehen Sie einen Abfall der Lichtmenge, die bei bestimmten Frequenzen übertragen wird. (In der Praxis ist die Lichtquelle wahrscheinlich ein abstimmbarer Laser, der jeweils ein schmales Frequenzband abtastet und durch das Sie scannen.) Was ist mit den angeregten/emittierten Photonen passiert? Sie gingen los – aber in eine andere Richtung. Das angeregte Atom erinnert sich nicht, aus welcher Richtung das Photon kam, und emittiert allgemein gesagt nicht in dieselbe Richtung, sodass wir die Absorption durch das aufgehaltene Licht nachweisen können. In diesem Experiment würden wir das als "Einbruch im Übertragungsspektrum" sehen.

Ich glaube an dieses Modell, wenn Sie die volle 3D-Emission des gesamten Lichts gemessen hätten, würden Sie tatsächlich ein und aus identisch sehen.

Die Frage hat ein paar Komponenten zu ihrer Antwort.

Erstens existieren die Elektronen in Orbitalen , die gut definierte Regionen sind, in denen jedes Elektronenpaar existieren kann. Aufgrund des Pauli-Prinzips kann in jedem nur ein Elektronenpaar existieren. Jedem Orbital ist eine Energie zugeordnet, und dies gibt die Energieniveaus des Spektrums an. Die Elektronen können, wie Sie sagen, Licht absorbieren und emittieren, um diese Energieniveaus auf und ab zu bewegen. Sie tun dies, indem sie ein Lichtphoton der richtigen Frequenz absorbieren oder emittieren, da die Photonenenergie von der Lichtfrequenz abhängt.

Lassen Sie uns die Dinge einfach halten und Ihr Wasserstoff-Gedankenexperiment fortsetzen. Wir beginnen also mit einem Elektron im niedrigsten Energieniveau. Nun, weißes Licht wird es nicht schneiden, da es nur den schmalen Bereich von Lichtfrequenzen im sichtbaren Spektrum enthält. In unserem Gedankenexperiment können wir uns überlegen, alle möglichen Frequenzen auf das Atom zu strahlen. Dies verursacht jedoch ein Problem, da wir Photonen mit einer so hohen Energie einsenden, dass das Atom ionisiert wird, das heißt, dem Elektron wird so viel Energie gegeben, dass es das Atom verlässt und seinen fröhlichen, jetzt freien Weg geht .

Ok, sagen wir also, wir strahlen das Atom mit der richtigen Lichtfrequenz an, um das Elektron auf ein anderes Energieniveau anzuregen. Es bleibt dann eine Zeit lang auf einem angeregten Niveau und zerfällt dann, indem es ein Photon einer bestimmten Frequenz aussendet. Es ist wahr, dass durch Anregen des Elektrons mit einer anderen Frequenz ein Photon mit einer anderen zu emittierenden Frequenz resultieren könnte.

Das klingt also so, als könnte Ihr kontinuierliches Spektrum an absorbiertem und emittiertem Licht funktionieren. Tatsache ist jedoch, dass, obwohl wir aufgrund der diskreten Energieniveaus des Spektrums unterschiedliche Lichtfrequenzen einsenden und unterschiedliche emittieren können, wir feststellen würden, dass dies nur bei einer begrenzten (wenn auch vielleicht großen) Anzahl von Frequenzen der Fall ist absorbiert oder emittiert werden. Da diese Anzahl begrenzt ist, erhalten wir kein kontinuierliches Spektrum, es wird Lücken mit fehlender Frequenz geben und einige werden mehr absorbiert/emittiert als andere.