Spektrallinn

Als Spektrallinne sinn am enke Sënn am Wellelängeberäich vum siichtbare Liicht (Liichtspektrum), schaarf vunenee getrennte Linne vun elektromagnéitesche Wellen déi vun engem Spektrum ausgestraalt (Emissiounslinnen) oder opgeholl ginn (Absorptiounslinnen). Spektrallinne ginn duerch Wellelängten, Linnenintensitéit a Linnebreet charakteriséiert.

Grondlagen

Eng Spektrallinn ass d'Liicht vun enger genee definéierter Frequenz, dat vun engem Atom oder Moleküll opgrond vun engem quantemechaneschen Iwwergank ofginn oder ugeholl gëtt. Si déngt dozou fir den Ënnerscheed vu verschiddenen Atomzorte festzestellen. Gebraucht gëtt dëst bei der instrumenteller Atomspektroskopie oder bei Flamefierwung.

D'Frequenz vun enger Spektrallinn gëtt duerch d'Energie vum emittéierten oder absorbéierte Photon bestëmmt, déi grad den Ënnerscheed tëscht den Energië vu quantemechaneschen Zustänn bestëmmt.

Absorptionslinne goufe fir d'éischt am Joer 1802 vum William Hyde Wollaston an 1813, unofhängeg vun him, vum Joseph von Fraunhofer am Spektrum vun der Sonn entdeckt. Déi donkel Linnen am Sonnespektrum ginn och Fraunhofer-Linne genannt.

Emissiounslinnen

Kontinuéirlecht Liichtspektrum ouni Spektrallinnen

Emissiounslinnen

Eng Emissiounslinn ergëtt sech duerch den Iwwergang vun engem héijen op een déiwen Energieniveau. Heibäi gëtt ee Photon fortgeschéckt. Dëst kann entweeder spontan geschéien (spontan Emissioun), oder, wéi beispillsweis beim Laser, duerch Liicht mat enger Frequenz déi dozou passt, ugereegt ginn (stimuléiert Emissioun). Si weist sech am Spektrum als hell Linn.

Absorptiounslinnen

Eng Absorptiounslinn ergëtt sech duerch Resonanzabsorptioun vun engem passende Photon vum Liicht dat optrëfft, wouduerch een Iwwergank vun engem niddregen an een héijen Energieniveau ageleet gëtt. Beim Réckfall an dee méi nidregen Energieniveau gi Photonen isotrop a verschidde Richtungen ausgestraalt, soudatt (wa genuch Atomer do si fir se opzehuelen)

eng donkel Linn am kontinuéierleche Spektrum vum duerchschéngende Liicht ze gesinn ass (Fraunhoferlinnen).
eng hell Emissiounslinn virun engem donkelem Hannergrond ze gesinn ass, wann een de Gas vum säitlech austriedende Liicht analyséiert.

Emissiounsprofiler

D'Liicht vun enger Spektrallinn enthält net eng Frequenz, mä e (schmuele) Frequenzberäich. D'Breet vun dësem Beräich nennt een Linnebreet. D'Linnebreet vun enger Emissiounslinn setzt sech aus verschiddenen Deeler zesummen:

Lorentz-Profil: Déi natierlech Linnebreet ergëtt sech aus der Liewensdauer vum Ausgangszoustand duerch d'heisenbergsch Onschärftrelatioun. Dës huet d'Form vun engem Lorentz-Bou. Et ass net méiglech fir dës méi kleng ze maachen.
Gauß-Profil: Opgrond vun der thermescher Beweegung vun den Atomer entsteet een Doppler-Effekt, deen d'Liicht vun engem eenzelen Atom oder Moleküll jee no Beweegungsrichtung rout- oder bloverréckelt. Opgrond vun der statistescher Beweegung ergëtt sech am Ganze méi eng breet Frequenzverdeelung. Dësen Effekt nennt een Doppler-Verbreedung. Si huet d'Form vun engem Gauß-Bou an ass ofhängeg vun der Temperatur. Meeschtens dominéiert d'Dopplerbreet däitlech iwwer déi natierlech Linnebreet. De Mechanismus ass och ënner dem Begrëff inhomogeen Linnverbreedung bekannt.
Voigt-Profil: Ee Lorentz-Bou vun endlecher Breet erschéngt bei enger Miessung géintiwwer senger bekannte Form verännert, wann d'Apparatefunktioun vun der Miessunuerdnung eng Hallefwertsbreet an der Gréissenuerdnung vum Lorentz-Bou opweist. D'Linnform léisst sech dann duerch d'Faltung aus Lorentz-Bou an Apparatefunktioun beschreiwen. Follegt dës engem Gauß-Bou, schwätzt een beim Resulta vun der Faltung vun engem Voigt-Profil

Spektren a Quantemechanik

D'Spektrallinne waren ee vun den Effekter, déi zu der Entwécklung vun der Quantemechanik bäigedroen hunn. En Elektron deen an engem Atom gebonnen ass kéint no der klassescher Elektrodynamik elektromagnetesch Welle vu verschiddene Frequenzen ofstralen; d'Existenz vun diskreete Linne ware klassesch net erkläerbar. D'Entdeckung, datt d'Frequenze vun de Spektrallinne vum Waasserstoffatom proportionell zu engem Ausdrock vun der Form (1/n² - 1/m²) mat ganzen Zuelen m an n sinn, féiert zum Konzept vun der Quantenzuel an huet den Niels Bohr op säin Atommodell bruecht, den éischten – haut iwwerholl - quantemechaneschen Atommodell.

Déi modern Quantemechanik kann d'Spektrallinne vun den Atomer mat héijer Genauegkeet viraussoen.

Um Spaweck

Commons: Spektrallinn – Biller, Videoen oder Audiodateien

Spektrallinne vu Studente fotograféiert