Ao longo do século XIX e início de 1900, os cientistas tinham as ferramentas para fazer algumas medições sofisticadas na luz. Por exemplo, eles poderiam colocar luz através de um prisma ou refleti-lo em uma luz entrecortada e dividida em todas as suas cores. Eles acabariam com uma imagem da intensidade da fonte de luz em todas as cores diferentes. Essa disseminação de cores é chamada de espectro, e os cientistas que examinaram esses espectros ficaram um pouco confusos com a disseminação de cores que viram. As primeiras décadas de 1900 viram um grande salto na compreensão. Os cientistas agora entendem como a espectroscopia pode ser usada para identificar elementos e compostos.

Mecânica Quântica e espectros

A luz contém energia. Se um átomo tiver energia extra, ele pode se livrar dele enviando um pequeno pacote de luz, chamado de fóton. Também funciona ao contrário: se um fóton se aproxima de um átomo que poderia usar alguma energia extra, o fóton pode ser absorvido pelo átomo. Quando os cientistas começaram a medir com precisão os espectros, uma das coisas que os confundiram foi que muitos espectros eram descontínuos. Ou seja, quando o sódio era queimado, seu espectro não era uma propagação suave da luz amarela - era um par de faixas distintas de amarelo. E todos os outros átomos são da mesma maneira. É como se os elétrons nos átomos pudessem apenas absorver e emitir uma gama muito estreita de energias - e isso acabou sendo exatamente o caso.

Níveis de Energia -

A descoberta de que os elétrons um átomo só pode emitir e absorver níveis específicos de energia é o coração do campo da mecânica quântica. Você pode pensar nisso como se um elétron estivesse em uma espécie de escada ao redor do núcleo de seu átomo. Quanto mais alto na escada, mais energia ela tem - mas nunca pode estar entre os degraus da escada, tem que ser em um passo ou outro. Essas etapas são chamadas de níveis de energia. Então, se um elétron está em um nível de energia alto, ele pode se livrar da energia extra baixando para qualquer um dos níveis mais baixos - mas não em qualquer lugar entre os dois.

Onde estão os níveis de energia?

Um átomo permanece unido porque o núcleo em seu centro está carregado positivamente e os elétrons em movimento estão negativamente carregados. Cargas opostas se atraem, de modo que os elétrons tendem a ficar perto do núcleo. Mas a força da atração depende de quantas cargas positivas existem no núcleo e de quantos outros elétrons estão zunindo, bloqueando os elétrons mais externos de sentir a atração do núcleo positivo. Portanto, os níveis de energia em um átomo dependem de quantos prótons existem no núcleo e quantos elétrons estão orbitando o núcleo. Mas quando um átomo tem um número diferente de prótons e elétrons, ele se torna um elemento diferente.

Espectros e Elementos

Como cada elemento tem um número diferente de prótons no núcleo, o nível de energia de cada elemento é único. Os cientistas podem usar essas informações de duas maneiras principais. Primeiro, quando uma substância obtém energia extra - como quando você coloca sal em uma chama - os elementos da substância freqüentemente se livram dessa energia emitindo luz, chamada de espectro de emissão. Segundo, quando a luz viaja através de um gás, por exemplo, o gás pode absorver um pouco dessa luz - isso é um espectro de absorção. Nos espectros de emissão, linhas brilhantes aparecerão correspondentes à diferença entre os níveis de energia dos elementos, onde em um espectro de absorção, as linhas serão escuras. Ao observar o padrão das linhas, os cientistas podem descobrir os níveis de energia dos elementos da amostra. Como cada elemento possui níveis de energia exclusivos, os espectros podem ajudar a identificar elementos em uma amostra.