Wieso haben unterschiedliche Elemente unterschiedliche Flammen-Farben?
Verständisfrage: Liegt es daran, dass die versch. Elemente Schalen haben, die dementsprechend bei jedem Element/Atomsorte, die in ihren Abständen variieren?
Und dann haben ich noch eine 2. Frage: können die Valenzelektronen nur auf die nächsthöhere Schale springen oder auch auf anderen weiter aussenliegenden Schalen springen? Weil wenn die Valenzelektronen nur im angeregten Zustand zur nächsthöheren Schale springen würden und jedes Element andere Schalenanordnungen hat in ihren Abständen von Schalen, dann würde sich meine Frage beantworten zu warum sie untersch. Flammenfarben haben, weil bei jedem Atom so viel Energie absorbiert wird bis zur höheren Schale (Niels Bohr) kann mir jemand helfen, danke im voraus! Ich freue mich schon auf die Antworten! :))
3 Antworten
Ja, das liegt an den verschiedenen Energien der Schalen und Unterschalen(!)
Wenn ein Elektron von einer höheren "Schale"-"Unterschale"-Kombination auf eine andere "herunterfällt", sendet es dabei ein Photon (Lichtteilchen) aus, dass die Differenzenergie wegträgt. Weil diese Energieniveaus sehr scharf sind, haben diese Photonen bei demselben Übergang immer dieselbe Energie. (Vom Atom aus gesehen, von außen gesehen ist die Linie unscharf, z. B. durch den Doppler-Effekt.) Die Farbe eines Photons hängt (nur) von seiner Energie ab, deshalb erzeugen verschiedene Übergänge verschiedene Farben.
Weil die Energieniveaus der Unterschalen stark davon abhängen, welche anderen Elektronen sonst noch so im Atom/Ion sind, haben auch nahe beieinander liegende Elemente unterschiedliche Flammenfarben.
Warum ein Elektron von einem Energieniveau auf bestimmte andere springt und auf andere nicht, ist kompliziert zu erklären. Siehe https://de.wikipedia.org/wiki/Auswahlregel
https://de.wikipedia.org/wiki/Bohr-sommerfeldsches_Atommodell
Nach Bohr bewegten sich die Elektronen auf Kreisbahnen in gleichem Abstand, aber das gab viele Phänomene nur unzureichend wieder, u. A. die Spektrallinien von Atomen, besonders in starken elektrischen und magnetischen Feldern. (Mit den Spektrallinien sind wir wieder bei den Flammenfarben bzw. umgekehrt den Absorptionslinien, den Fraunhoferschen Linien.)
A. Sommerfeld kam dann auf die Idee, dass es ja nicht nur Planeten auf Kreisbahnen, sondern auch Kometen u. Ä. auf Ellipsenbahnen gibt und hat das Bohrsche Modell dahingehend erweitert und dabei neue "Quantenbedingungen" eingeführt, die die beobachteten Phänomene möglichst gut beschreiben.
Für jede mögliche große Halbachse einer Bahnellipse (dem Bohr-Radius) nummeriert man die unterschiedlichen möglichen Ellipsen (einschl. Kreisbahn) durch und nennt diese Nummer "Nebenquantenzahl" bzw. "Nummer der Unterschale".
(Das Bohr-Sommerfeld-Modell ist ungefähr das letzte Modell, das man sich noch einigermaßen anschaulich vorstellen kann. Danach gibt es nur noch "Elektronenwolken".)
Vereinfacht erklärt, liegt es an den verschiedenen EnergieUnterschieden zwischen den Schalen.
Sprünge zwischen den Schalen mit größerem Abstand sind schon möglich, aber unterschiedlich wahrscheinlich.
So ist man letztlich überhaupt erst auf das SchalenModell gekommen, weil es beim Wasserstoff ganze Serien von Absorptions und EmissonsLinien gibt, für die man schon früh auf einen einfachen mathematischen Zusammenhang finden konnte.
Elektronen können von jeder Schale in jede andere Schale angeregt werden und entweder in die alte Schale zurückgehen oder erst einmal in jede dazwischen liegende Schale.
Das liegt einfach daran, daß es keine echten, physisch und physikalisch greifbaren Schalen gibt, sondern das alles nur unterschiedliche Energiezustände sind.
Allerdings ist nicht jeder Übergang gleichwahrscheinlich, daher hat jedes Element, seine eigenen Linienserien.
Die K oder L- Schale ist bei verschiedenen Elementen nicht identisch. Schau dir mal die Atomradien und Aktivierungsenergieen innerhalb einer Periode an. Grund dafür ist die unterschiedliche Kernladung, die bei den größeren Atomen die inneren Schalen stärker anzieht. So kommen auch die unterschiedlichen Farben zustande.
m.f.G.
anwesende
also eine Frage hätte ich noch: habe ich es richtig verstanden, genau weil diese verschiedene Elemente immer unterschiedliche Atomradien… haben (wegen der Kernladung, die je nach Element grösser ist und darum auch die Schalen unterschiedlich angeordnet sind bei jedem Element) gibt es bei diesen Energiesprüngen von Schalen zu Schalen unterschiedliche Flammenfarben zu Elementen (weil die Schalen ja unterschiedlich weit sind bei jedem Element und so mehr oder weniger Energie absorbiert wird)? also es ist eher eine Verständnisfrage
Ja, so würde ich es ausdrücken.
Evtl. hilft auch folgende Überlegung dazu:
-Bei Wasserstoff wird das (eine) Elektron der innersten Schale nur von einem Proton angezogen. Bei Calcium werden die innersten Elektronen von 20 Protonen angezogen und in die inneren 3 Schalen können sie nicht, denn diese sind ja schon vonn besetzt. Es sind also nicht alle Übergänge möglich oder auch nur gleich wahrscheinlich.
-Die äußersten 2 Elektronen sind aber weit(er) vom Kern weg, es wird also weniger Energie benötigt, um sie zu aktivieren (siehe Ionisierungsenergie). Die Wassrstoff Linien sind daher energiereicher und nicht sichtbar (weil im UV), bei den "großen" Metallatomen Ba, Ca, K, Na, Sr ist nur wenig Energie nötig und daher liegt das Spektrum im sichtbaren Bereich.
Danke viel Mals! Aber was ist genau eine Unterschale (im Unterschied zu Schale)? :))