Gli spettri atomici rappresentano lo spettro della radiazione elettromagnetica emessa o assorbita da un elettrone durante le transizioni tra diversi livelli energetici all’interno di un atomo. Questi spettri vengono formati quando un elettrone è eccitato da un livello energetico a un altro, emettendo o assorbendo luce di una specifica lunghezza d’onda.
Tipi di Spettri Atomici
Possiamo identificare tre tipi di spettri atomici: gli spettri di emissione, di assorbimento e continui. Gli spettri atomici di emissione si generano quando un elettrone da stato eccitato ritorna a un livello energetico inferiore, perdendo energia. Al contrario, gli spettri atomici di assorbimento sono costituiti dalle frequenze della luce trasmessa con bande scure, quando l’energia viene assorbita dagli elettroni nello stato fondamentale per raggiungere stati energetici più elevati. Infine, gli spettri atomici continui derivano da gas densi o oggetti solidi che irradiano calore.
Spettri Atomici: Emissione e Regole Quantistiche
Gli spettri atomici discreti e non continui sono espressioni osservabili della fisica degli atomi. Rispetto a una sorgente a spettro continuo, che può irradiare con tutte le lunghezze d’onda, le nubi di elettroni circondano i nuclei degli atomi con energie molto specifiche, in linea con le regole della meccanica quantistica. Ogni elemento della tavola periodica ha un proprio insieme di possibili livelli energetici e tende a stabilizzarsi nello stato fondamentale. Dunque, un atomo eccitato emetterà un’onda di luce con quell’esatta energia, consentendo all’elettrone di ritornare nello stato fondamentale. Questa energia corrisponde a un colore specifico o lunghezza d’onda, producendo una linea luminosa a quella esatta lunghezza d’onda.
Linee Spettrali e Transizioni Elettroniche
La quantità di energia che un elettrone perde nel passaggio dallo stato eccitato allo stato fondamentale è pari alla differenza tra i livelli energetici compresi nel movimento di quest’ultimo. Questa energia viene rilasciata come un fotone e può essere calcolata utilizzando l’equazione: ΔE = hν. Qui, ΔE corrisponde alla differenza di energia tra il livello energetico iniziale (stato eccitato) e finale (stato fondamentale); h è la costante di Planck e ν è la frequenza della radiazione. Poiché i livelli di energia variano, ogni possibile transizione elettronica all’interno di un atomo produrrà un fotone con un’energia diversa, risultando quindi in un fotone di frequenza e colore diversi con la formazione di linee di emissione negli spettri atomici.
Il Caso dell’Hidrogeno
L’idrogeno, essendo il più semplice degli spettri a righe, è composto solamente da un nucleo con un protone attorno al quale si muove un elettrone. Quando quest’ultimo passa dallo stato fondamentale allo stato eccitato e successivamente ritorna a un orbitale ad energia inferiore, rilascia una certa quantità di energia sotto forma di radiazione avente una specifica lunghezza d’onda, generando quindi una riga di emissione.