01 / DAS ATOM

Grundzustand · n = 1
n = 1 · −13,60 eV
n = 123456
1 → 2
Wellenlänge λ
Frequenz f
Energie E

Elektron auf eine Schale ziehen oder Niveau wählen. Photonenregler: diskrete Übergangsenergien.

Emission: zufälliger erlaubter Übergang

02 / ENERGIE

inspiriert durch das Nebraska Astronomy Applet Project

Erlaubte Zustände

En ≈ −13,60 eV / n²

Abstände zur Lesbarkeit entzerrt. Linien anklicken, um das Elektron anzuregen.

Bereit für einen Quantensprung?

03 / ABSORPTION

Ein Photon schicken

Nur passende Energie wird absorbiert.

Die Auswahl beschreibt die Photonenenergie. Absorption gelingt nur, wenn das Elektron im passenden Ausgangszustand ist.

04 / EMISSIONSSPEKTRUM

Spektrallinien

380 nm · Violett550 nm780 nm · Rot
Ultraviolett: 0 PhotonenInfrarot: 0 Photonen

Alle Übergänge · logarithmische Wellenlängenskala · UV/IR in Symbolfarben

Noch keine Emission. Rege das Elektron an.
Ereignisse 0

    Ein Modell zum Entdecken

    Elektronen besitzen im Wasserstoffatom bestimmte, diskrete Energien. Ein passendes Photon kann absorbiert werden; beim Übergang zu einem niedrigeren Niveau wird ein Photon ausgesendet.

    ΔE = Eoben − Eunten = h · f = h · c / λ

    Wasserstoff: vereinfachtes Bohr-Modell mit n = 1 bis 6. Helium und Neon: ausgewählte NIST-Energieniveaus und dokumentierte Übergänge neutraler Atome. L1, L2 usw. nummerieren die dargestellten Zustände; sie sind keine Hauptquantenzahlen. Die Kreisbögen sind dort nur eine schematische Darstellung der Zustände eines Mehrelektronenatoms.

    „Maßstäblich“ zeigt echte Energieabstände. Nur bei Wasserstoff werden auch Radien proportional zu n² gezeichnet. Elektronen bewegen sich nicht auf klassischen Kreisbahnen. Bei jeder Emission wird zufällig ein enthaltener Übergang zu einem niedrigeren Niveau gewählt. Die Gleichverteilung ist didaktisch vereinfacht: Reale Verzweigungsverhältnisse ergeben sich aus den Übergangsraten (Einstein-A-Koeffizienten). Wasserstoff fasst die Unterniveaus zusammen; seine n-Paare sind mögliche Übergänge zwischen passenden Unterniveaus. Elektrische Dipolübergänge verlangen unter anderem Δl = ±1 und Δm = 0, ±1; es gibt keine Beschränkung auf benachbarte n. Unterniveaus werden hier nicht einzeln verfolgt. Es werden keine realen Intensitäten, Lebensdauern oder vollständigen Spektren simuliert. Einige He-/Ne-Zustände haben in der Auswahl keinen optischen Rückweg und bleiben dort stehen.

    Photonen treffen zuerst auf den Ausgangszustand: passende Photonen werden absorbiert, unpassende fliegen vorbei. E = hc/λ mit hc = 1239,842 eV·nm. Wellenlängen im Vakuum, Energien relativ zur ersten Ionisationsgrenze. Das Spektrum zeigt alle ausgewählten Übergänge schwach als Referenz und gesammelte Emissionen hell; die Skala ist logarithmisch. UV und IR sind unsichtbar und erhalten Symbolfarben.

    NIST · Auswahlregeln und Übergangsraten · R. Fitzpatrick · Wasserstoff-Auswahlregeln