Elektromagnetsko zračenje
Kroz povijest, informacije o građi atoma znanstvenici su dobili proučavanjem interakcija tvari i zračenja. Kada zračenje dođe do promatrane tvari, tvar može zračenje emitirati („odbiti“ od sebe), transmitirati (zračenje može proći kroz tvar) i apsorbirati („upiti“).
Kada govorimo o zračenju, govorimo zapravo o elektromagnetskom zračenju. Elektromagnetsko zračenje čine valovi električnog i magnetskog polja koji se šire kroz prostor i okomiti su.
Budući da govorimo o valovima i obliku energije, takvo zračenje karakterizira: energija zračenja, E (J), valna duljina, λ (nm), frekvencija, υ (Hz ili s-1) i brzina svjetlosti, c (m/s).
Zračenje koje emitira sunce nazivamo bijela ili vidljiva svjetlost. Propuštanjem bijele svjetlosti kroz staklenu prizmu, ona se rastavlja na niz boja koje nazivamo spektar. Vidljiva svjetlost je uski snop cijelog spektra elektromagnetskog zračenja u kojem se nalaze valne duljine svjetlosti od 400 do 700 nm. Svakom rasponu valnih duljina pripisana je boja.
Razlikujemo dvije vrste spektra, kontinuirani i linijski (diskontinuirani) spektar.
U kontinuiranom spektru jedna boja prelazi u drugu (takav slučaj imamo kod bijele svjetlosti) i on je karakterističan za užarena čvrsta tijela.
U linijskom spektru, spektar se sastoji od nekoliko linija točno određenih valnih duljina (spektar je „isprekidan“) te je takav spektar karakterističan za užarene pare i plinove, a specifičan je za svaku tvar.
Postoje dvioje vrste linijskih spektara, a to su emisijski i apsorbcijski.
Emisijski spektar dobije se propuštanjem zračenja užarenog plina kroz prizmu pri čemu su vidljive isključivo karakteristične linije za pojedini plin.
Na emisijskom spektru temelji se i bojanje plamena otopinom određenih kationa. Kako je moguće obojate plamen, vidjet ćemo kasnije.
Apsorpcijski spektar izgleda kao da smo iz kontinuiranog spektra izrezali linije dobivene u emisijskom spektru, naravno za isti plin. Apsorpcijski spektar dobije se tako da se zračenje dobiveno propuštanjem bijele svjetlosti kroz ohlađeni plin usmjerava na prizmu.
Svjetlost je oblik energije s kojom tvari, odnosno atomi mogu ući u interakciju. Međutim, oni ne mogu apsorbirati ili emitirati bilo koju količinu energije. Prema kvantnoj teoriji zračenja koju je postavio Max Planck užareno tijelo može aposrbitati ili emitirati samo određenu količinu energije, a najmanja količina („paketić energije“) koju može naziva se kvant energije zračenja ili foton.
Kvant zračenja računamo kao:
$ E=\frac{h \cdot c}{\lambda} $
gdje je E = energija zračenja, h = Planckova konstanta, $h=6,62 \cdot 10^{-34} \mathrm{Js}$ , ν = frekvencija zračenja, c = brzina svjetlosti, λ = valna duljina.
Prema gore navedenim jednadžbama vidimo kako su energija i svjetlost obrnuto proporcionalni, što znači da što je valna duljina svjetlosti veća, to je energija zračenja manja.
Bohrov model atoma
1913. godine Bohr je primijenio Planckovu ideju o kvantizaciji energije na Rutherfordov model atoma. Time je objasnio emisijske spektre užarenih plinova, objasnio je da vodikov atom može poprimiti samo energijski strogo određena stacionarna stanja te da najmanju energiju atom ima u osnovnom stanju.
Spektroskopija je je znanstvena djelatnost koja proučava interakcije između elektromagnetskoga zračenja i tvari.
Prilikom apsorpcije zračenja energija elektrona raste, dok prilikom emisije se smanjuje.
Na tom principu temelji se i bojanje plamena otopinom određenih kationa.
Prije nego se otopina unese u plamen, elektroni se nalaze u određenoj ljusci u svom osnovnom ili stacionarnom stanju. Također, imaju određenu energiju iznosa E''. Apsorpcijom zračenja, energija elektrona raste te oni prelaze u višu ljusku čime zbog toga što im raste energija. Ta energija sada ima iznos E'. Za elektron se tada kaže da se pobudio i zbog toga se on tada nalazi u svom pobuđenome stanju.
Ako je elektron u višoj ljusci, to je on nestabilniji. Kako bi se stabilizirao on mora prijeći u svoje stacionarno stanje na način da emitira (otpušta) zračenje određene valne duljine. To zračenje mi percipiramo kao vidljivu svjetlost i upravo je to razlog zašto je moguće bojati plamen otopinom kationa.
Kolorimetrija je optička metoda s pomoću koje se mogu odrediti koncentracije obojenih otopina. Instrumenti, koji se pritom koriste, nazivaju se kolorimetri. Tom analizom analiziraju se obojene otopine koje apsorbiraju određena područja vidljivog dijela elektromagnetskoga spektra. Fotokolorimetrija – temelji se na mjerenju apsorbancije i transmitancije obojenih uzoraka pri prolasku svjetlosti užega spektralnog područja.
