Spektrallinie

Kontinuierliches Lichtspektrum ohne Spektrallinien

Farbige Emissionslinien

Absorptionslinien

Spektrallinien (auch Resonanzlinien) zeigen sich als scharfe, voneinander getrennte Linien im Spektrum des Lichtes (im weitesten Sinn), das mit der Materie in Wechselwirkung tritt. Handelt es sich um ein reines Emissionsspektrum erscheinen sie als farbige Linien auf schwarzem Hintergrund, während sie sich beim Absorbtionsspektrum als feine schwarze Linien im kontinuierlichen Farbspektrum zeigen. Die Lage und Intesität der Linien gibt genauen Aufschluss über die Art und Menge der beteiligten Stoffe.

Die Ursache der Spektrrallinien liegt im diskontinuierlichen Aufbau der Elektronenhülle der Atome und den durch das Licht angeregten elektronischen Übergänge in den Atomen oder Molekülen.

Feinstruktur

Das vereinfachte Termschema des Natriums verdeutlicht die Aufspaltung der Natrium-D-Linie durch die Feinstrukturaufspaltung des 3p-Niveaus.

Bei hoher spektraler Auflösung zeigen die Spektrallinien eine charakteristische, Ende des 19. Jahrhunderts entdeckte Feinstruktur, die sich größtenteils auf die nach der Relativitätstheorie veränderte Kinematik und auf die Spin-Bahn-Kopplung zurückführen lässt. Die erst 1924 entdeckte Hyperfeinstruktur beruht auf der Wechselwirkung der Elektronen mit den Kernmomenten und die 1947 entdeckte Lamb-Verschiebung auf der durch die Quantenelektrodynamik (QED) beschriebenen Vakuumpolarisation.

Ein typisches Beispiel für die Feinstruktur ist die Aufspaltung der Natrium-D-Linie, die die markante gelbe Flammenfärbung von Natrium erzeugt. Durch Kopplung des Elektronenspins mit dem Bahndrehimpuls wird der 3p-Zustand in zwei Zustände mit dem Gesamtdrehimpuls j=1/2 bzw. 3/2 aufgespalten, abhängig davon, ob Spin und Bahndrehimpuls parallel oder antiparallel eingestellt sind. Die Energiedifferenz zwischen den beiden Zustände beträgt 0,0021 eV, was einer Frequenzdifferenz von 515 GHz bzw. den Wellenlängen 588,9950 nm (D₂) und 589,5924 nm (D₁) entspricht.

Siehe auch

• Spektrallinien - Artikel in der deutschen Wikipedia

Weblinks

Commons: Spektrallinien - Weitere Bilder oder Audiodateien zum Thema