Simulering av elektronsprang og absorpsjonsspekter

Lys kan fortelle oss mye om stoffene det har vært i kontakt med. Ved å undersøke spekteret til en lyskilde kan vi finne ut hvilke grunnstoffer som sender ut eller absorberer lys. I denne ressursen skal du utforske hvordan elektronsprang i atomer skaper absorpsjons- og emisjonsspekter.

Regnbue og mørke skyer over en gammel fjellgård. Foto. — En regnbue er et eksempel på et kontinuerlig spekter. Sollyset er delt opp i de ulike bølgelengdene som utgjør synlig lys.

Hva er et spekter?

Et spekter er lys som er delt opp i de ulike bølgelengdene det består av. De ulike bølgelengdene oppfatter vi som forskjellige farger. Når sollys treffer regndråper i lufta, blir lyset delt opp i forskjellige farger og danner en regnbue. Regnbuen er derfor et eksempel på et spekter.

Når vi sender lys gjennom et prisme, blir de ulike bølgelengdene skilt fra hverandre. Hvilken type spekter som oppstår, er avhengig av lyskilden og hvilke stoffer lyset har passert gjennom.

Kontinuerlig spekter

Lys fra sola gir et kontinuerlig spekter. Det vil si at alle fargene fra fiolett til rødt går jevnt over i hverandre. Det skjer fordi sollyset inneholder alle de synlige bølgelengdene.

Emisjonsspekter

Dersom lyset kommer fra en varm, lysende gass, blir det dannet et emisjonsspekter. I et emisjonsspekter ser vi bare enkelte lyse linjer på bestemte steder i spekteret.

Linjene oppstår fordi elektronene i atomene blir tilført energi og hopper til høyere energinivåer. Når elektronene faller tilbake til et lavere energinivå, sender de ut lys med bestemte bølgelengder. Hvert grunnstoff har sitt eget mønster av emisjonslinjer.

Absorpsjonsspekter

Når kontinuerlig lys fra en lyskilde, som sola, passerer gjennom en kaldere gass, blir det dannet et absorpsjonsspekter. Atomene i gassen absorberer da lys med bestemte bølgelengder slik at det oppstår mørke linjer i det ellers kontinuerlige spekteret.

De mørke absorpsjonslinjene ligger på de samme bølgelengdene som emisjonslinjene for det samme grunnstoffet. Ved å studere slike spekter kan forskere finne ut hvilke stoffer som finnes i stjerner og andre himmellegemer.

Illustrasjon som sammenligner tre typer spekter. Øverst sendes sollys gjennom et prisme og danner et kontinuerlig spekter med alle regnbuens farger. I midten sendes lys fra varm, lysende gass gjennom et prisme og danner et emisjonsspekter med enkelte lyse spektrallinjer. Nederst passerer sollys gjennom en kald gass før det går gjennom et prisme og danner et absorpsjonsspekter med mørke linjer i et kontinuerlig spekter. — Illustrasjon som viser hvordan ulike spekter blir dannet.

Eksitering

I et absorpsjonsspekter blir bare bestemte bølgelengder absorbert av atomene i gassen. Lyset består av små energipakker som kalles fotoner. Hvis et foton har akkurat riktig energi, kan det bli absorbert av et elektron og få elektronet til å hoppe til et høyere energinivå. Dette kaller vi eksitering.

Hvilke fotoner som blir absorbert, er avhengig av hvilket energinivå elektronet befinner seg på. Elektroner i det laveste energinivået trenger andre energimengder enn elektroner som allerede befinner seg på et høyere energinivå. Derfor kan ulike atomer absorbere ulike bølgelengder av lys.

Vi tegner ofte hydrogenatomet med elektronet i det laveste energinivået, men i virkeligheten finnes det også hydrogenatomer med elektroner i høyere energinivåer. Disse atomene kan absorbere andre bølgelengder enn atomer som er i grunntilstanden.

Simulering

I simuleringa skal du undersøke hvordan hydrogenatomer absorberer lys. Skyt ut fotoner med ulike bølgelengder (λ) og observer hva som skjer med elektronet i atomet.

Oppgave 1: Hvilke fotoner blir absorbert?

Velg elektronet i 1. skall.
Skyt ut fotoner med ulike bølgelengder.
Hvilke bølgelengder blir absorbert slik at elektronet hopper til et høyere nivå?

Oppgave 2: Påvirker startnivået absorpsjonen?

Flytt elektronet til 2. skall.
Skyt ut fotoner med ulike bølgelengder.
Hvilke bølgelengder blir absorbert slik at elektronet hopper til et høyere nivå?
Er det de samme fotonene som blir absorbert som da elektronet startet i 1. skall? Forklar kort. Forsøk å knytte forklaringa til energien til fotonene.