Atoomspectra en energieniveaus
Atomen zenden alleen licht uit op vaste golflengtes. Met een energieniveauschema reken je die golflengtes uit, en dat komt op het centraal examen terug.
Elektronen in een atoom zitten op vaste energieniveaus. Een atoom in de grondtoestand heeft de laagste energie. Krijgt het atoom energie, dan springt een elektron naar een hoger niveau. Het atoom is dan aangeslagen.
Een elektron springt alleen tussen vaste niveaus. Daarom hoort bij elke overgang precies één fotonenergie:
- Valt het elektron naar een lager niveau, dan zendt het atoom een foton uit. Dat geeft een emissielijn.
- Neemt een elektron een foton op en springt omhoog, dan ontstaat een absorptielijn.
De energie van het foton is het verschil tussen de twee niveaus: E_f = E_hoog − E_laag. Met E = hc/λ volgt daaruit de golflengte. Hoe groter het energieverschil, hoe kleiner de golflengte.
De ionisatie-energie is de energie die nodig is om een elektron uit de grondtoestand helemaal los te maken. Bij waterstof is die 13,6 eV. Een foton met meer energie dan dat kan het atoom ioniseren.
Onthoud
Een atoom zendt alleen fotonen uit met vaste energieën.
Het energieverschil tussen twee niveaus bepaalt de golflengte van de lijn.
Een emissielijn ontstaat bij een overgang naar een lager niveau.
Een absorptielijn ontstaat bij een overgang naar een hoger niveau.
Voor het omrekenen van eV naar J vermenigvuldig je met 1,60218·10⁻¹⁹.
Voorbeeld uit een echt examen
ex1
Bij deze vraag moet je aantonen dat de H-alfa lijn in lucht 656,28 nm is. De lichtsnelheid in lucht is 2,99706·10⁸ m/s.
- 1
De H-alfa lijn hoort bij de overgang van n = 3 naar n = 2.
Veelgemaakte fouten
Je rekent het energieverschil met de verkeerde volgorde. Trek altijd het lagere niveau af van het hogere, dan komt er een positieve fotonenergie uit.
Je gebruikt de lichtsnelheid in vacuüm terwijl de meting in lucht is. Gebruik dan de waarde die in de opgave voor lucht staat.
Je vergeet eV om te rekenen naar joule voordat je hc/E invult. Vermenigvuldig eerst met 1,60218·10⁻¹⁹.
Snel checken
Een waterstofatoom valt van n = 4 naar n = 2. Welke fotonenergie hoort daarbij? Gebruik E_n = −13,5983 / n² eV.
Welke uitspraak over een absorptielijn is juist?