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Spektrallinie


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Als Spektrallinie bezeichnet man das von einem Atom Molekül aufgrund eines quantenmechanischen Übergangs abgegebene oder Licht einer genau definierten Frequenz . Die Frequenz einer Spektrallinie wird durch Energie des emittierten oder absorbierten Photons bestimmt die gerade den Unterschied zwischen Energien der quantenmechanischen Zustände bestimmt.

Erstmals entdeckt wurden Absorptionslinien 1802 durch William Hyde Wollaston und 1813 unabhängig von ihm durch Joseph von Fraunhofer im Spektrum der Sonne . Diese dunklen Linien im Sonnenspektrum werden Fraunhofersche Linien genannt.

Eine Emissionslinie ergibt sich durch Übergang von einem auf ein tieferes Energieniveau. Hierbei wird ein ausgesendet. Dies kann entweder spontan geschehen (spontane oder wie z.B. beim Laser durch Licht passender Frequenz angeregt werden stimulierte Emission ). Sie zeigt sich im Spektrum als Linie.

Eine Absorptionslinie ergibt sich durch Absorption eines passenden Photons des eintreffenden Lichts ein Übergang von einem niedrigeren in ein Energieniveau induziert wird. Sie zeigt sich als Linie im kontinuierlichen Spektrum des einfallenden Lichtes.

Das Licht einer Spektrallinie enthält nicht Frequenz sondern einen (schmalen) Frequenzbereich. Die Breite Bereiches nennt man Linienbreite . Die Linienbreite einer Emissionslinie setzt sich mehreren Beiträgen zusammen:

  • Die natürliche Linienbreite ergibt sich aus der Lebensdauer des durch die heisenbergsche Unschärferelation . Diese hat die Form einer Lorenzkurve. ist nicht möglich diese zu verringern.

  • Aufgrund der thermischen Bewegung der Atome ein Dopplereffekt der das Licht eines einzelnen Atoms Moleküls je nach Bewegungsrichtung rot- oder blauverschiebt. der statistischen Bewegung ergibt sich insgesamt eine Frequenzverteilung. Diesen Effekt nennt man Dopplerverbreiterung . Sie hat die Form einer Gaußkurve ist temperaturabhängig. Meist dominiert sie deutlich über natürliche Linienbreite.

Die Spektrallinien waren einer der Effekte zur Entwicklung der Quantenmechanik beitrugen. Ein klassisches Elektron kann elektromagnetische Strahlung beliebiger Frequenzen abgeben die Existenz von Linien war klassisch nicht erklärbar. Die Entdeckung die Frequenzen der Spektrallinien des Wasserstoffatoms proportional zu einem Ausdruck der Form n 2 - 1/ m 2 ) mit ganzen Zahlen m und n sind führte zum Konzept der Quantenzahl und brachte Niels Bohr schließlich auf sein bohrsches Atommodell das erste (heute überholte) quantenmechanische Atommodell. moderne Quantenmechanik kann die Spektrallinien der Atome sehr hoher Genauigkeit vorhersagen.

Siehe auch: Linienspektrum



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