Absorptionslinien

So wie Gase, die zum Leuchten angeregt werden, ganz bestimmte Spektrallinien aussenden, so können sie auch eben diese Linien absorbieren. Dies wird in folgendem versuch deutlich:

Absorption von Licht durch eine Flamme

Eine mit Kochsalz (Natriumchlorid) gefärbte Flamme wirft einen Schatten im Licht einer Natriumdampflampe, nicht aber im Licht einer Quecksilberdampflampe.

(Das Licht der Flamme auf dem Schirm ist deutlich schwächer als das der Lampe, daher entsteht ein Schatten)

Begründung:

Die Flamme absorbiert genau das Licht, welches die Natriumdampflampe emittiert, also das Licht, welches die Flamme selbst aussendet.

Wird Natriumgas mit einer Lichtquelle mit weißem Licht beleuchtet und anschließend mit Hilfe eines Gitters spektral zerlegt, so zeigt sich im kontinuierlichen Spektrum der Lampe genau an der Stelle eine dunkle Linie, an der sonst die Spektrallinie des Natriumlichts zu finden ist.

Man spricht dabei von Umkehrung der Na-Linie.

Fraunhofersche Linien - Absorptionslinien im Sonnenlicht

Derartige Absorptionslinien hat der Physiker Joseph Fraunhofer (1787-1826) bereits 1811 im Sonnenspektrum entdeckt. Diese sog. fraunhoferschen Linien liegen bei den Frequenzen, die sich auch im Emissionsspektrum einiger Elemente wieder finden lassen (Wasserstoff, Natrium, Eisen, Sauerstoff u.a.)

Die fraunhoferschen Linien werden durch die Absorption eben dieser Elemente in der Sonnenatmosphäre verursacht.

Ein Atom kann genau Licht derjenigen Frequenz absorbieren, das es (z.B. als Bestandteil eines heißen Gases) auch emittiert.

Auch diese Beobachtung unterstützt die Vorstellung von Energiestufen im Atom:

Es werden nur Lichtquanten mit der „passenden“ Energie absorbiert. Die Energie muss genau der Energiedifferenz der im Atom vorkommenden Energieniveaus entsprechen.

Floureszenz

Einige Gegenstände scheinen im Licht bestimmter Lampen (nämlich, wenn das Spektrum der Lampe UV-Licht enthält, z.B. das einer Quecksilberlampe) gelbgrün aufzuleuchten. Sobald sie nicht mehr angestrahlt werden, verschwindet das Aufleuchten.

Dieser Effekt wird als Fluoreszenz bezeichnet. Er lässt sich mit Hilfe des Energieniveauschemas eines Atoms verstehen:

Bei der Bestrahlung von UV-Licht geht das Atom vom Grundzustand in einen angeregten Zustand über. Von dort aus fällt es aber nicht direkt zurück in den Grundzustand, sondern geht unter Aussendung von grünem Licht in einen Zwischenzustand über, bevor es von dort aus unter Aussendung roten Lichts in den Grundzustand übergeht.

Fluoreszenz beruht darauf, dass Atome aus einem angeregten Zustand (durch Bestrahlen mit UV-Licht) über einen Zwischenzustand in den Grundzustand übergehen und dabei Licht aussenden.

Phosphoreszenz

Wird eine Zinksulfidschicht (z.B. Leuchtziffern einer Uhr) mit Licht bestrahlt und anschließend im Dunkeln betrachtet, so leuchtet diese im Dunkeln nach. Sie speichert scheinbar Lichtenergie für einige Minuten bis Stunden.

Das Nachleuchten von zuvor bestrahlten Stoffen wird als Phosphoreszenz bezeichnet. Der Vorgang ist praktisch der gleiche wie bei der Fluoreszenz, mit dem Unterschied, dass das Atom längere Zeit im Zwischenzustand verweilt und dass zum Bestrahlen kein UV-Licht notwendig ist.