Valguse kiirgumine ja neeldumine

Valguse kiirgumise ja neeldumise kirjeldamiseks, peame mõistma aatomi siseehituse eripära.

Aatomi energia on määratud tuuma ja elektronide vastastikmõju energiatega. Siinjuures tuleb rõhutada, et aatomi energia ei saa omada suvalisi väärtusi vaid ainult kindlaid. Öeldakse, et aatomi energia on kvanditud (omab diskreetseid väärtusi). See on omakorda tingitud asjaolust, et elektronid saavad paikneda aatomist ainult kindlatel kaugusel – energiatasemetel.

fuusika139

Joonisel kujutatud elektroni lubatud energiatasemed on määratud peakvant­arvudega, mida kujutatakse joonisel energia teljega ristuvate joontena ning tä­his­ta­takse n=1, 2, 3 jne.

Kõige madalam energiatase (n=1) vastab elektroni minimaalsele lubatud kaugusele tuumast. Kui elektron satub kõrgemale energiatasemele (n=2, 3 jne), siis öeldakse, et aatom on ergastatud. Kuna looduses kehtib energiamiinimumi printsiip, siis püüab süsteem minna alati sellisesse olekusse, kus tema energia on minimaalne – nii ka aatom.

Kui aatom läheb kõrgema energiaga kvantolekust madalama energiaga olekusse, siis kiiratakse üks valgusportsjon – footon (kvant). Kui aatom läheb aga madalama energiaga kvantolekust suurema energiaga olekusse, siis vastav kvant neelatakse.

Kvandi energia on võrdne ühest küljest energiatasemete erinevusega:

fuusika140

teisalt aga võrdeline kiiratava/neelatava footoni sagedusega (f):

fuusika141

kus h=6,63∙10-34Js on Plancki konstant.

Kuna iga keemilise elemendi aatom saab olla vaid temale omastes kvantolekutes, siis kiirgavad kõigi keemiliste elementide aatomid ainult neile ainuomase sagedusega (energiaga) footoneid, kusjuures sama aine poolt kiirtavate footonite spekter on identne ning seda intensiivsem, mida suurem on vaadeldava elemendi kontsentratsioon kiirguvas aines.