Når det hvide lys fra Solen eller en lyspære passerer gennem en prisme eller en regndråbe, danner det et kontinuert spektrum, som en regnbue. Når atomer i grundstoffer opvarmes, producerer de også lys. Om natten, har du måske bemærket det gule lys fra natrium i gadelygterne, eller det røde lys i neonskilte.
Fotoner
Det lys der udsendes når atomer opvarmes, er en strøm af partikler, kaldet fotoner. Hver foton, er en pakke af energi, også kaldet en kvant. Alle fotoner bevæger sig med lysets hastighed, som en bølge af energi. Vi siger, at fotoner både har karakteristikker som bølger og som partikler. Energien af en foton, er direkte proportional med dens frekvens. Det vil sige, højfrekvensfotoner har høj energi og korte bølgelængder, hvor lavfrekvensfotoner, har lav energi og lange bølgelængder.
Fotoner spiller en vigtig rolle i vores moderne verden, specielt i brugen af lasere, der anvender et snævert område af bølgelængder. For eksempel, bruges lasere med en enkelt frekvens, til at aflæse fordybninger på CD’er og DVD’er, eller til at skanne stregkoder på de varer vi køber i supermarkedet. En CD, læses med en laser der har en bølgelængde på 780 nm. De nyere DVD’er, aflæses med en blå laser med en bølgelængde på 405 nm, deraf navnet Blue-ray. Den kortere bølgelængde, tillader en mindre fordybningsstørrelse på disken, og derfor har en Blue-ray disk en større lagerkapacitet. På hospitaler, bruges højenergifotoner til behandling, for at nå ind til for eksempel kræftsvulster inde i kroppen, uden at skade det omkringliggende væv.
Konceptforståelse 5.2 |
Energi, frekvens, og bølgelængde for fotonerSammenlign energien, frekvensen, og bølgelængden for fotoner fra gammastråling og grønt lys. SvarEnergien i en foton, er direkte relateret til dens frekvens, og omvendt proportional med dens bølgelængde. Derfor har en foton fra gammastråling højere energi og højere frekvens, men en kortere bølgelængde, end en foton fra grønt lys. |
Atomspektre
Når lyset der udsendes fra opvarmede grundstoffer, sendes gennem et prisme, danner det ikke et kontinuert spektrum. I stedet dannes et atomspektrum, som består af linjer af forskellige farver, adskilt af mørke områder (se figur 5.3). Denne adskillelse af farverne indikerer, at der kun dannes bestemte bølgelængder af lys, når et grundstof opvarmes, hvilket giver hvert grundstof et unikt atomspektrum.
Elektronenerginiveauer
Videnskabsfolk har nu fastlagt, at linjerne i atomspektre, er associeret med ændringer i elektronernes energier. I et atom, har hver elektron et bestemt energiniveau, der gives værdier, kaldet hovedkvantetal (n), (n = 1, n = 2, …). Generelt kan det siges, at elektroner på de lavere energiniveauer, befinder sig tættere på kernen, mens elektroner med højere energiniveauer, befinder sig længere fra kernen. En elektrons energi er kvantiseret, hvilket betyder at en elektrons energi, kun kan have bestemte energiværdier, og ikke nogle værdier i mellem dem.
Som en analogi, kan vi tænke på et atoms energiniveauer, som hylderne i en bogreol. Den nederste hylde er laveste energiniveau; den næste hylde er det næste energiniveau; og så videre. Hvis vi stiller bøger i bogreolen, vil det kræve mindre energi at fylde den nederste hylde først, så den næste hylde, osv. Vi ville dog aldrig kunne få en bog til at blive mellem to hylder. På samme måde, kan en elektrons energiniveau kun være bestemte værdier, og ikke imellem dem.
Forskelligt fra bogreolen, er der imidlertid store forskelle mellem energien på første og andet niveau, men de højere energiniveauer er tættere på hinanden. En anden forskel er, at de laverer elektronenerginiveauer, kan indeholde færre elektroner, end de højere energiniveauer kan.
Ændringer i energiniveauerne
En elektron kan kun skifte fra et energiniveau til et højere energiniveau, hvis den absorberer en mængde energi, som er den samme som forskellen mellem de to energiniveauer. Hvis den udstrålede energi er inden for det synlige område, ser vi en af farverne i det synlige spektrum (se figur 5.4). Det gule lys fra natrium i gadelygter og det røde lys fra neonskilte, er eksempler på elektroner som udsender energi i det synlige område.
Opgaveeksempel 5.2 |
Ændring i energiniveauera. Hvordan bevæger elektroner sig til et højere energiniveau? Løsninga. En elektron bevæger sig til et højere energiniveau, hvis den absorberer en mængde energi, som er den samme som forskellen mellem de to niveauer. b. Energi, der er den samme som forskellen mellem energiniveauerne, udsendes som en foton, når en elektron bevæger sig til et lavere energiniveau. |