Tagungsbericht der VdS-Fachgruppe SPEKTROSKOPIE

nimmt der Abstand zwischen den einzelnen Bahnen
immer mehr ab, je weiter diese vom Kern entfernt
sind. Wenn das Elektron nun mit einem Photon
wechselwirkt, kann es auf solch eine weiter entfernte
Bahn springen und dann befindet es sich im angeregten
Zustand. Dieser Vorgang kann jedoch nur
stattfinden, wenn das Photon genau die Energie hat,
die sich aus der Energiedifferenz von angeregtem-
und Grundzustand ergibt. Noch einmal zusammenfassend:
Wenn das Elektron bestimmte Energiemengen
absorbiert, kann es von seinem Grundzustand
in einen angeregten Zustand gelangen. Da wir
zunächst vom völlig ungestörten Atom ausgehen,
ist an die Absorption immer eine Emission gekoppelt.
Denn das Elektron kann sich nur kurz in seinem
angeregten Zustand befinden. Wenn diese
Verweilzeit vergangen ist, springt es wieder in seinen
Grundzustand zurück. Dabei gibt das Elektron
seine zugeführte Energie wieder ab, indem es ein
Photon aussendet. Diese Art von Emission nennt
man auch spontane Emission. (Abb. 2 und 3)
Abbildung 2: Das Bohrsche Atommodell ‚quantelte’ die Elektronenbahnen,
um die Stabilität des Atoms zu erklären.
Abbildung 3: Schematische Darstellung eines Absorptions- und
Emissionsprozesses.
Bisher haben wir gebunden-gebundene Übergänge
besprochen, also Übergänge, bei denen sich das Elektron
zwischen den festgelegten Energieniveaus
bewegt. Jedoch gibt es auch noch andere Arten von
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Übergängen: Um den Atomkern ist also eine bestimmte
Anzahl von Energieniveaus möglich, jedoch
nur bis zum Grenzniveau. Wenn einem Elektron
ausreichend viel Energie zugeführt wird, kann
es bis über die Ionisierungsgrenze hinaus gelangen
und ist somit nicht mehr an den Atomkern gebunden,
sondern ist frei; deshalb nennt man dies einen
gebunden-frei Übergang. Dabei entsteht ein positiv
geladenes Ion und ein freies Elektron. Dieses freie
Elektron kann nun alle beliebigen Photonen absorbieren,
da es sich nicht mehr zwischen bestimmten
Energieniveaus bewegen muss. Das gilt auch schon
am Anfang eines gebunden-frei Übergangs: Wenn
das Photon mehr als die nötige Ionisierungsenergie
(beim H-Atom 13,59 eV) besitzt, kann dies auch
vom Elektron absorbiert werden, da es die Restenergie
in Form von kinetischer Energie mit auf
den Weg bekommt.
Natürlich kann ein positiv geladenes Ion auch wieder
zum Atom reduziert werden; dabei erfolgt ein
frei-gebundener Übergang, auch Rekombination
genannt. Dabei gibt das freie Elektron eine ausreichend
große Energiemenge ab, so dass es wieder
vom Atomkern angezogen wird. Genau festgelegt
sind die ganzen Kombinationen von Übergängen
vom H-Atom in der Lyman-, Balmer-, Paschen-,
Brackett-, Pfund-Serie, wobei die Lyman-Serie im
UV-Bereich, die Balmer-Serie im Sichtbaren und
die restlichen im Infrarotbereich liegen.
Und nun wollen wir uns mit Atomen befassen, die
mehr Elektronen besitzen. Kreisen nämlich mehrere
Elektronen um den Atomkern, wird das Spektrum
erheblich komplizierter. Jetzt gilt, dass die Niveaus
von unten her mit Elektronen aufgefüllt werden.
Dabei spielt das Pauli-Prinzip eine entscheidende
Rolle: Es besagt, dass sich nicht beliebige Elektronen
zusammen auf einer Bahn befinden dürfen,
sondern die Elektronen innerhalb einer “Elektronengemeinschaft“
müssen sich in mindestens einer
Quantenzahl voneinander unterscheiden. Zwischen
den voll besetzten inneren Niveaus können demnach
keine Elektronenübergänge stattfinden. Somit
wäre die einzige Übergangsmöglichkeit bis ganz
außen in Nähe der Ionisierungsgrenze; und solch
eine hohe Energie, die für diesen Übergang erforderlich
wäre, hat beispielsweise nur die Röntgenstrahlung.