Emissionsspektren und ihre Anwendungen

Emissionsspektren

Unter dem Emissionsspektrum versteht man das elektromagnetische Spektrum, das von Körpern, Atomen oder Molekülen nach geeigneter Anregung (Erhitzung, Stoß durch Elektronen usw.) ausgesandt wird. Die Körper, Atome oder Moleküle stellen hierbei die Strahlungssender dar.

Heiße Materialien (z. B. eine Glühwendel oder die Sonne) senden in der Regel ein kontinuierliches Spektrum aus, während Atome oder Moleküle eines verdünnten Gases sogenannte Linienspektren emittieren, die charakteristisch für das jeweilige Atom bzw. Molekül sind.

Experimente Flammenfärbung

Flammenfärbung:

Es werden verschiedene Salzatome in die Flamme gehalten. Jedes Salzatom benötigt aber eine andere, ganz bestimmte Energie, um angeregt zu werden. Die Flamme bietet ein kontinuierliches Energiespektrum, aus dem sich das jeweilige Salzatom genau den Energiebetrag holen kann, den es für seine Anregung braucht. Elektronen werden also in höhere Niveaus angeregt, dort bleiben sie aber nur ganz kurz und emittieren beim Zurückspringen Lichtphotonen mit genau der vorher absorbierten Energie, was jeweils einer ganz bestimmten Frequenz (Farbe) entspricht.

Linienspektren - Emissionsspektren:

Auch Quecksilberatome können nur ganz bestimmte Energiebeträge absorbieren und emittieren. In einer Quecksilberdampflampe werden Quecksilberatome durch ganz bestimmte Energien angeregt und beim Zurückspringen in ihre Ausgangsniveaus emittieren sie nur Lichtquanten mit genau diesen Energieträgen, was in diesem Fall im sichtbaren Bereich den Farben Violett, Gelb und Grün entspricht, dann emittiert sie natürlich noch UV-Photonen, die wir aber nicht sehen können.

Je nach Gasentladungslampe sehen wir ein anderes Linienspektrum. Z. B. emittiert eine Natriumdampflampe nur gelbes Licht. Lässt man dieses also durch ein Gitter fallen, zeigt sein Linienspektrum nur diese eine gelbe Linie.

B1:

Elektronen stoßen mit den Gasatomen elastisch zusammen. Mit zunehmender Spannung können immer mehr Elektronen die Gegenspannung überwinden und erreichen den Auffänger: Strom steigt an.

B2:

Kurz vor dem Gitter besitzen einige Elektronen so viel Energie, dass sie ein Gasatom anregen können (unelastischer Stoß). Dabei verlieren sie die kinetische Energie und können das Gegenfeld zum Auffänger nicht mehr überwinden: Strom fällt ab.

B3:

Nach der Anregung können die Elektronen bis zum Gitter wieder so viel Energie aufnehmen, dass sie das Gegenfeld überwinden können: der Strom steigt an.

B4:

Die Beschleunigungsspannung ist in diesem Bereich so hoch, dass die Elektronen bis zum Gitter so viel Energie aufnehmen können, dass ihnen eine zweite Anregung kurz vor dem Gitter möglich ist. Dabei verlieren sie ihre kinetische Energie und können das Gegenfeld zum Auffänger nicht mehr überwinden: Strom fällt ab usw.