Spektrální čára (také diskrétní čára) je tmavá nebo světlá čára v jinak spojitém spektru. Soubor spektrálních čar vytváří čárové spektrum. Část tohoto spektra viditelná lidským okem je označována jako barevné spektrum. Spektrální čáry jsou charakterizovány vlnovou délkou, intenzitou a šířkou čáry.
Spojité, emisní a absorpční spektrum
Spektrální čáry vznikají emisí nebo absorpcí záření. Emise je výsledkem nadbytku a absorpce nedostatku fotonů v úzkém frekvenčním pásmu v porovnání s okolními frekvencemi pozorovaného paprsku.
Příčinou vzniku spektrálních čar jsou elektronové přechody v atomech nebo molekulách excitovaných světlem. Jsou charakteristické pro atomy a molekuly a používají se k jejich identifikaci. Pro svoji nezaměnitelnost se také nazývají otisky prstů. Například při spektroskopické analýze látek se neznámé otisky prstů porovnávají s otisky známých atomů a molekul.
Remove ads
Historie
Fraunhoferovy čáry, hlavní čáry jsou označeny písmeny A, B, C, D, E, F, G, H, K.
Bohrův model atomuPozději bylo zjištěno, že pokles intenzity odpovídající Fraunhoferově čáře je způsoben absorpcí slunečního záření jednotlivými atomy prvků. Čáry A a B jsou způsobeny molekulami kyslíku v naší atmosféře, čára C je způsobena vodíkem, čáry D jsou způsobeny sodíkem, čáry H a K jsou způsobeny vápníkem.
Objev spektrálních čar přispěl k rozvoji kvantové mechaniky, neboť jejich existence se nedala vysvětlit klasickou elektrodynamikou. Ta tvrdila, že elektron vázaný v atomu může emitovat elektromagnetické vlny libovolných frekvencí. Spektrální čáry se podařilo vysvětlit až kvantovými čísly a vedlo k prvnímu kvantově mechanickému modelu atomu popsanému Niels Bohrem. V současnosti dokáže kvantová mechanika předpovědět spektrální čáry atomů s velmi vysokou přesností.
Analýza spektrálních čar je nepostradatelná v astronomii k identifikaci molekulární struktury hvězd, planet a mezihvězdné hmoty, což by jinak nebylo možné.
Remove ads
Vznik spektrálních čar
Spojité světelné spektrum tvořené fotony o různých vlnových délkách a energiích
K interakci mezi fotonem a atomem dojde pouze tehdy, pokud se energie fotonu rovná rozdílu mezi energiemi základního a excitovaného stavu atomu.
Přechod mezi těmito hladinami může nastat absorbováním fotonu a následně zpětnou emitací fotonu se stejnou energií.
Jednotlivé spektrální čáry pak mají vlnovou délku a energii odpovídají energetickému rozdílu mezi dvěma různými stavy daného atomu a jsou unikátní pro jednotlivé chemické prvky.
Emisní a absorpční čáry téhož prvku mají stejnou energii a vlnovou délku.
Emisní čára
Příklad emisních spektrálních čar
Emisní čára se ve spektru jeví jako jasná čára na černém podkladě.
Emisní spektrální čára vzniká tak, že určitá látka fotony příslušné frekvence emituje (vysílá).
K emisi dochází při přechodu z vyšší na nižší energetickou hladinu, například když elektron přechází z excitovaného stavu do základního stavu.
Emise může být spontánní nebo stimulovaná zářením příslušné frekvence.
Absorpční čára
Příklad absorpčních spektrálních čar
Absorpční čára se ve spektru nejčastěji jeví jako černá čára na barevném podkladě.
Absorpční spektrální čára vzniká tak, že určitá látka fotony příslušné frekvence absorbuje (pohlcuje).
K absorpci dochází při přechodu z nižší na vyšší energetickou hladinu, například když elektron přechází ze základního do excitovaného stavu.
K absorpci může dojít, pokud je látka ozářena zářením obsahujícím fotony příslušné frekvence.
Remove ads
Spektrální čáry prvků
V následující tabulce jsou pro každý prvek uvedeny spektrální čáry, které se objevují ve viditelném spektru při vlnové délce přibližně 400–700 nm. Vlnové délky či frekvence spektrálních čar jsou charakteristické pro konkrétní prvky. Toho se využívá při spektroskopických metodách, které jsou velmi citlivé i na nepatrná množství prvků.
Obrázky, zvuky či videa k tématu spektrální čára na Wikimedia Commons 