Absorptionsspektren
Ausgehend von der Beobachtung des diskreten Wasserstoff-Emissionsspektrums stellt sich die Frage, ob auch eine diskrete Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch Atome stattfindet. Ist also ein umgekehrter Prozess (diskrete Absorption) für Atome beobachtbar?
Absorption
Für den folgenden Versuch verwenden wir das chemische Element Natrium bzw. genauer gesagt Natriumdampf (Natriumdampflampe).
Zunächst müssen wir natürlich das Emissionsspektrum des Natriums kennen, was wir mit Hilfe der Spektroskopie bestimmen können.
- Bestimmung des Emissionsspektrums des Natriums (Na): Es zeigt sich eine gelbe Spektrallinie (589 nm).
Als nächstes schicken wir Licht, das alle Spektralfarben beinhaltet, durch Natriumdampf und beobachten das dabei entstehende Spektrum (Absorptionsspektrum).
- Bestimmung des Absorptionsspektrums des Natriums (Na): Es zeigt sich ein kontinuierliches Spektrum, indem aber die zuvor beobachtete gelbe Spektrallinie fehlt. Es handelt sich um eine sogenannte Absorptionslinie.
Merke
Absorptionslinien sind als dunkle Linien im Spektrum zu erkennen.
Interpretation der Beobachtung
- Das Emissionsspektrum von Natrium ist diskret. Genauer gesagt emittieren Natriumatome Licht nur einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich.
- Das Absorptionsspektrum zeigt, dass Natriumatome nur Licht derjenigen Wellenlänge absorbieren, die sie auch emittieren können. Daher fehlt auch die gelbe Spektrallinie, die man bei der Emission beobachtet hat.
So wie Atome nur Licht bestimmter Wellenlängen emittieren, absorbieren Atome nur Licht bestimmter Wellenlängen. Es handelt sich um die gleichen Wellenlängen wie bei der Emission. Den Vorgang nennen wir Resonanzabsorption.
Beispiel
Eine interessante Anwendung dieses Absorptionsverhaltens ergibt sich für die Astronomie.
Kennt man nämlich die Emissionslinien der chemischen Elemente, so kennt man automatisch auch die zu erwartenden Absorptionslinien. Dies erlaubt eine Klassifikation der vorkommenden Elemente in der Atmosphäre von Himmelskörpern (z. B. der Sonne).
Sonnenspektrum-Absorptionslinien
Eine bemerkenswerte Beobachtung sind die Absorptionslinien (Fraunhoferlinien) im kontinuierlichen Spektrum des Sonnenlichts. Die Klassifikation der Absorptionslinien hat zu einer weitgehenden Bestimmung der in der Sonnenatmosphäre vorkommenden Elemente geführt. Interessanterweise finden sich im Fraunhofer-Spektrum u.a.
- die Natriumlinie
- und sämtliche Wasserstofflinien.
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