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Os elétrons energizados devem liberar o excesso de energia para se estabelecerem em um estado mais baixo e estável. Essa liberação se manifesta como fótons – luz. Os espectros de emissão atômica são, portanto, um mapa de elétrons voltando para níveis de energia mais baixos. A mecânica quântica determina que os elétrons só podem absorver ou emitir quanta de energia discreta e específica. A configuração orbital única de cada elemento governa os comprimentos de onda e, portanto, as cores de suas linhas de emissão.

O Mundo Quântico

Enquanto o mundo macroscópico segue leis determinísticas contínuas, o reino microscópico é governado por estados discretos e probabilidades. Os elétrons ocupam níveis de energia distintos, sem estados intermediários. Quando excitado, um elétron salta instantaneamente para um nível superior; quando relaxa, emite um fóton cuja energia é igual à lacuna entre os dois níveis. Ao contrário de um fogo que queima continuamente, que emite energia gradualmente, um elétron libera sua energia de uma só vez.

O que determina a cor das linhas em um espectro de emissões?

A energia da luz existe em pacotes chamados fótons. Os fótons têm energias diferentes que correspondem a comprimentos de onda diferentes. Portanto, a cor das linhas de emissão reflete a quantidade de energia liberada por um elétron. Essa energia muda dependendo da estrutura orbital do átomo e dos níveis de energia de seus elétrons. Energias mais altas correspondem a comprimentos de onda em direção à extremidade azul mais curta do espectro de luz visível.

Linhas de Emissão e Absorção

Quando a luz passa através dos átomos, esses átomos podem absorver parte da energia da luz. Um espectro de absorção nos mostra quais comprimentos de onda de luz foram absorvidos por um determinado gás. Um espectro de absorção parece um espectro contínuo, ou arco-íris, com algumas linhas pretas. Essas linhas pretas representam as energias dos fótons absorvidas pelos elétrons no gás. Quando visualizamos o espectro de emissão do gás correspondente, será exibido o inverso; o espectro de emissão será preto em todos os lugares, exceto nas energias dos fótons que absorveu anteriormente.

O que determina o número de linhas?

Os espectros de emissão podem ter um grande número de linhas. O número de linhas não é igual ao número de elétrons em um átomo. Por exemplo, o hidrogénio tem um eletrão, mas o seu espectro de emissão apresenta muitas linhas. Em vez disso, cada linha de emissão representa um salto diferente na energia que um elétron de um átomo poderia realizar. Quando expomos um gás a fótons de todos os comprimentos de onda, cada elétron no gás pode absorver um fóton com exatamente a energia certa para excitá-lo para o próximo nível de energia possível. Conseqüentemente, os fótons de um espectro de emissão representam uma variedade de níveis de energia possíveis.