Modus

Bauen Modell Experiment

Spektrum

Emission Absorption

Element

Modell und Experiment nur Modell (keine sichtbaren Linien)

Atom bauen

Protonen (Z) =

Neutronen =

Elektronen =

Periodensystem

Metall Nichtmetall Edelgas

Atom anregen

Zufall

Photon

E = eV

λ = nm

0,56

Unterschalen Elektronenkonfiguration Energien Meldungen Musik Soundeffekte

Beschreibung

Im Modus Modell erscheint das Atom auf zwei Arten nebeneinander: das bohrsche Modell mit den Schalen K, L, M… und die Energieleiter nach Unterschalen (s, p, d). Springt das Elektron von einem höheren auf ein niedrigeres Niveau, sendet es ein Photon aus, dessen Farbe vom Energieunterschied zwischen den Niveaus abhängt. Im Modus Experiment geht das Licht einer Entladungsröhre durch einen Spalt und ein Prisma und bildet auf der Fotoplatte die Spektrallinien des Elements: einen "Strichcode" aus Licht, der jedes Atom kennzeichnet. Beim Absorptionsspektrum durchquert weißes Licht das Atom (im Experiment beleuchtet eine Lampe das Gas in der Röhre, ohne Entladung): Es absorbiert nur die Farben mit genau der Energie eines Sprungs aus dem Grundzustand, die zu dunklen Linien werden. Deshalb hat das Absorptionsspektrum weniger Linien als das Emissionsspektrum. Viele Gase, wie Wasserstoff und Helium, absorbieren nur Ultraviolett: Auf der Fotoplatte, die nur das Sichtbare zeigt, erscheinen keine dunklen Linien. Im Modus Bauen wird das Atom durch Ziehen von Protonen, Neutronen und Elektronen gebaut (oder durch Wahl des Elements im Periodensystem), bis Oganesson (Z = 118), mit der Verteilung nach dem Madelung-Schema: Die Protonenzahl bestimmt das Element, zusätzliche oder fehlende Elektronen bilden ein Ion, und die Neutronen ändern die Masse (die Isotope). Beim neutralen Atom führt die Schaltfläche "Spektrum anzeigen" in den Modus Modell mit diesem Element (der Simulator hat nur die Linien der neutralen Atome).

Physikalisches Modell

Die Energieniveaus und die Linien sind Messwerte aus der Datenbank für Atomspektren des NIST. Die Farbe jeder Linie ergibt sich aus dem Energieunterschied zwischen zwei Niveaus, $\lambda = hc/\Delta E$. Nur beim Wasserstoff liefert das bohrsche Modell diese Werte exakt ($E_n = -13{,}6/n^2$ eV); bei den anderen Atomen sind die Schalenradien nur veranschaulichend. Sehr nahe Linien erscheinen als eine. Bei der Absorption ergibt sich die Wahrscheinlichkeit, mit der jeder Sprung absorbiert, aus der Oszillatorstärke, berechnet mit den Einstein-Koeffizienten des NIST; das weiße Licht der Simulation schickt mehr Photonen mit den Energien dieser Sprünge als eine echte Lampe, damit die Linien in Sekunden erscheinen.

Entwickler

Marco P. M. de Souza

Literatur

A. Kramida, Yu. Ralchenko, J. Reader und NIST ASD Team, NIST Atomic Spectra Database, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. https://physics.nist.gov/asd

J. S. Coursey, D. J. Schwab, J. J. Tsai und R. A. Dragoset, Atomic Weights and Isotopic Compositions, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD. https://www.nist.gov/pml/atomic-weights-and-isotopic-compositions-relative-atomic-masses

F. G. Kondev, M. Wang, W. J. Huang, S. Naimi und G. Audi, The NUBASE2020 evaluation of nuclear physics properties, Chinese Physics C 45, 030001 (2021). https://doi.org/10.1088/1674-1137/abddae

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Bohrsches Atommodell und Spektrallinien