Assorbimento ed emissione di fotoni in un atomo
Un atomo assorbe ed emette fotoni quando un elettrone si sposta da un livello energetico a un altro. La spiegazione è molto semplice.
Una premessa
Prima di spiegarlo occorre ricordarsi che in un atomo quantistico gli elettroni sono particelle di carica negativa che orbitano intorno all'atomo in un determinato livello energetico, su un orbitale di una particolare forma e orientamento ( sottolivello ).
I livelli energetici più interni e vicini al nucleo richiedono minore energia rispetto a quelli più esterni e lontani.
Una volta capito questo si può capire anche il fenomeno dell'assorbimento e dell'emissione dei fotoni da parte dell'atomo.
L'assorbimento di un fotone
Quando l'atomo viene investito da un fascio di luce ( radiazione elettromagnetica ), i fotoni della luce colpiscono gli elettroni degli atomi.
La collisione tra fotoni ed elettroni fornisce energia all'elettrone. In pratica, con l'impatto l'elettrone assorbe l'energia del fotone.
Avendo acquisito maggiore energia, l'elettrone eccitato si sposta su un livello energetico più esterno dell'atomo ( salto energetico verso l'esterno ).
Cos'è un elettrone eccitato? E' un elettrone che ha assorbito una quantità di energia dall'esterno. Ad esempio, tramite l'impatto con un fotone. L'elettrone passa a uno stato eccitato.
Per passare allo stato eccitato l'elettrone deve assorbire una quantità di energia pari o superiore al salto quantico fra i due livelli energetici.
L'elettrone eccitato può staccarsi dall'atomo? Si, se l'energia assorbita dall'elettrone è superiore a quella del livello energetico più esterno, l'elettrone si separa dall'atomo e diventa una particella indipendente. L'atomo si trasforma in uno ione positivo.
L'emissione del fotone
Nel corso del tempo l'elettrone eccitato perde spontaneamente energia e, a causa della forza di attrazione del nucleo atomico, si sposta nuovamente su un livello energetico più interno ( salto energetico verso l'interno ).
Il livello energetico più interno richiede una minore quantità di energia rispetto al precedente. Pertanto, per stabilizzarsi sul nuovo orbitale l'elettrone deve rilasciare la quantità di energia in eccesso sotto forma di fotone.
In questo modo, l'elettrone perde lo stato eccitato e torna allo stato fondamentale iniziale.
Nota. In un atomo quantistico soltanto alcune orbite sono stazionarie. Quindi, l'elettrone non può avvicinarsi al nucleo progressivamente e con continuità, bensì deve fare un salto da un livello all'altro e rilasciare una "quantità" discreta di energia. Questo è un principio alla base della meccanica quantistica e del modello atomico di Bohr.
Il salto energetico sull'orbita più interna determina l'emissione del fotone da parte dell'atomo.
In questo momento e solo in questo momento, si verifica un irraggiamento di energia verso l'esterno dagli elettroni dell'atomo.
Gli elettroni non irraggiano energia quando si trovano in un'orbita stazionaria intorno al nucleo. L'irraggiamento accade soltanto in occasione dei salti energetici verso l'interno.
