Wenn Atome Licht schlucken
Die Resonanzbedingung
Ein Atom nimmt ein Photon nur auf, wenn dessen Energie exakt zu einer Niveaudifferenz passt.
- Alles oder nichts:passt \(W_\text{Ph}=\Delta W\), springt das Elektron hoch und das Photon ist weg; sonst läuft es ungehindert durch.
- Kein „fast“:etwas zu viel oder zu wenig Energie wird nicht teilweise aufgenommen — die Bedingung ist scharf; daher der Name Resonanz („Mitschwingen“ nur bei genau passender Energie).
- Umkehrung der Emission:ein Gas absorbiert genau die Wellenlängen, die es auch aussenden kann (Kirchhoffscher Umkehrsatz).
Warum eine dunkle Linie entsteht
- Aufnehmen und Wiederabgeben:das angeregte Atom fällt zurück und sendet ein Photon gleicher Wellenlänge in eine zufällige Richtung aus.
- Aus dem Strahl gestreut:in der ursprünglichen Richtung fehlt fast das ganze Licht dieser Farbe → dunkle Linie.
- Nicht zerstört, nur umgelenkt:von der Seite betrachtet leuchtet das Gas in genau dieser Farbe.
Dunkle Linien im Sonnenlicht
- Fraunhofer-Linien:im kontinuierlichen Sonnenspektrum fehlen hunderte Farben — herausgefiltert vom kühleren Gas der Sonnenatmosphäre.
- Spektralanalyse ferner Sonnen:die Lage der dunklen Linien verrät die Elemente der Sternatmosphäre (Helium wurde so zuerst in der Sonne entdeckt).
Ein Lichtstrahl trifft auf kühles Wasserstoffgas (Atome im Zustand \(n=2\)). Nur wenn die Photonenenergie exakt passendem Übergang wird das Photon absorbiert und im durchgelassenen Licht entsteht eine dunkle Linie.
Treffer! W=1,89 eV passt exakt zum Übergang 2→3.
| Wellenlänge \(\lambda\) | – |
| passender Übergang | – |
| Ergebnis | – |
Resonanzbedingung und Umkehrsatz:
\(W_\text{Ph}=\Delta W=W_n-W_m\quad\Longrightarrow\quad\text{Absorption}\qquad\text{und}\qquad \lambda_\text{abs}=\lambda_\text{em}\)
Resonanz: Ein Atom absorbiert ein Photon nur, wenn \(W_\text{Ph}=\Delta W\) genau stimmt; sonst läuft das Photon ungehindert durch.
Umkehrsatz: Ein Gas absorbiert genau die Wellenlängen, die es auch aussenden kann (Kirchhoff).
Dunkle Linie: Das Atom sendet das Photon in eine zufällige Richtung wieder aus; im ursprünglichen Strahl fehlt diese Farbe. Fraunhofer-Linien zeigen die Elemente der Sonnenatmosphäre.
Allgemeine Hinweise
Gleiche λ wie Emission
Merke: Absorbierte und emittierte Wellenlängen sind identisch. Du kannst deine Emissions-Ergebnisse direkt weiterverwenden.
Resonanz ist scharf
Kein „ungefähr“: Nur exakt passende Energie wird absorbiert. Ein etwas zu energiereiches Photon läuft durch.
Startniveau beachten
Welche Linien absorbiert werden, hängt vom Ausgangszustand ab. Kühles H im Zustand \(n=2\) zeigt die Balmer-Absorption im Sichtbaren.