Wärmezufuhr

Erinnern wir uns an die Flammenproben. Wir hatten  verschiedene Salze mit Hilfe eines Magnesiastäbchens in die Brennerflamme gehalten, um die Metall-Ionen nachzuweisen. Natriumsalze ergaben z.B. eine gelbe Farbe. Wichtig ist hierbei zu begreifen: Die Teilchen selbst, also hier die Natrium-Ionen, haben keine Farbe. Die Farbe entsteht erst durch den im Folgenden beschriebenen Prozess.

Nach dem erweiterten Kern-Hülle-Modell (Schalenmodell), das ein Teil der Gedanken von Niels Bohr widerspiegelt, bewegen sich Elektronen mit hoher Geschwindigkeit nur auf ganz bestimmten Bahnen um den Kern. Um von einer Bahn auf eine weiter vom Kern entfernte Bahn zu gelangen, benötigen die Elektronen eine ganz bestimmte Menge an Energie. Diese Energie erhalten sie bei der Flammenprobe in Form von Wärme: Ein Valenzelektron nimmt diese Energie auf, wandelt die Wärmeenergie in Bewegungsenergie um und bewegt sich dadurch schneller. Da es nur auf seiner ursprünglichen Bahn oder auf einer vom Kern weiter entfernteren Bahn existieren darf, kann es erst bei einer bestimmten Geschwindigkeit auf die nächste Schale springen. Allerdings "fallen" die Elektronen nach extrem kurzer Zeit (innerhalb einer Picosekunde = 10 -12 s) zurück auf ihre "alte" Bahn (Grundzustand). Dabei geben sie aufgrund des Schalenabstandes eine ganz charakteristische elektromagnetische Strahlung ab (eben auch im sichtbaren Bereich). Im Falle der Natrium-Ionen ist das ein gelbes Licht.

Es spielt aber noch ein anderer Aspekt eine Rolle: Ab einer Temperatur von 1465 °C bilden sich neben dem Plasma (Gemisch aus Ionen und Elektronen) auch Natriumchlorid-Moleküle in der Gasphase [1]. Es haben sich also auch durch diesen Vorgang der Aufnahme von Elektronen aus Natrium-Ionen Natrium-Atome gebildet. Bei dieser Aufnahme von Elektronen wird gelbes Licht abgegeben (emittiert). 

 

Zufuhr von Elektrizitätsenergie

Neon, ein Edelgas, ist farblos. In der sogenannten Neonröhre (Leuchtreklame) können die Valenzelektronen mit Hilfe von Elektrizitätsenergie auf eine höhere Schale "geschubst" werden. In solchen Gasentladungsröhren entsteht also durch Elektriziät Plasma (Gemisch von Ionen und Elektronen). Genau wie bei der oben beschriebenen Flammenprobe "fallen" die Elektronen wieder auf ihre ursprüngliche Schalen und geben dabei Energie in Form von Licht ab.

Man kann also feststellen, dass Atome bzw. Ionen bei hohen Temperaturen (oder elektrischer Anregung) elektromagnetische Strahlung ganz bestimmter Wellenlängen emittieren (ausstrahlen). In einem Spektroskop ist die emittierte Strahlung in Form von entsprechenden Spektrallinien erkennbar. Diese Spektrallinien sind für das Element charakteristisch.

Streifen 1: Lichtspektrum

Streifen 2: Spektrum der Sonne mit den Fraunhoferschen Linien

Streifen 3-5: Spektrallinien einiger Elemente

 

-----------------------------------------------

[1] Prof. Blume,  Alles um das Kochsalz, am 21.02.16 abgerufen.