Linjespektrumet

Linjespektrumet är ett spektrum som består av enskilda, skarpa linjer vid specifika våglängder, i motsats till ett kontinuerligt spektrum. Linjerna uppstår när atomer eller joner överför energi via elektronövergångar och därmed avger eller absorberar fotoner med särskild energi. Ett emissionslinjespectrum visar ljusa linjer mot mörk bakgrund, medan ett absorptionslinjespectrum uppvisar mörka linjer i ett genomskinligt kontinuerligt ljus.

Orsak och princip: I kvantmekanikens bild är elektronenerginivåerna diskreta. Övergångar mellan nivåer ΔE ger fotoner med energi hν, vilket motsvarar λ = hc/ΔE. Därför är linjerna karakteristiska för varje grundämne och fungerar som ett fingeravtryck för atomer och joner, även isotoper kan ge subtila skillnader i vissa fall.

Historik och betydelse: Kirchhoff och Bunsen visade i mitten av 1800-talet hur spektra speglar elementens sammansättning. Olika serier inom vätespektrumet kallas Lyman, Balmer, Paschen med flera. Linjespektren används för kemisk analys och för att identifiera ämnen i gaser, samt för att studera stjärnor och universums utveckling.

Användning och tekniker: Spektroskopi är ett centralt verktyg inom kemi, plasmafysik och astronomi. Genom att matcha observerade linjer mot databaser kan man fastställa vilka element som finns samt temperaturer och tryck i gaser eller stjärnor. Absorptionslinjer ger information om vad som ligger mellan källan och observatören.

Faktorer som påverkar: Linjers bredd breddas av Dopplereffekten, tryckbreddning och naturlig breddning. Fin- och hyperfinstruktur kan splittra linjerna. Exempel: väte är känt för Balmer-serien i det synliga intervallet (Hα cirka 656 nm, Hβ cirka 486 nm, Hγ cirka 434 nm, Hδ cirka 410 nm); natrium-D-linjerna ligger runt 589 nm.