Mitä etäämpänä elektroni on ytimestä, sitä suurempi energia sillä on. Energia muuttuu hyppäyksittäin, joten elektronien energiatiloja kuvataan atomimallissa kuorilla tai tasoilla. Päästäkseen esimerkiksi kuorelta L kuorelle N elektroni tarvitsee näiden kuorten välisen energiaeron suuruisen energia-annoksen eli kvantin
E1. Kun elektroni palaa
kuorelta N vaikkapa kuorelle M, vapautuu energiaa näiden kuorten
energiaeron verran eli kvantti
E2.Elektronin vapauttama energia on sähkömagneettista säteilyä, joka voidaan tulkita myös aaltoliikkeeksi. Valo on siis eräs laji sähkömagneettista aaltoliikettä.
Valo on poikittaista aaltoliikettä, koska siinä värähtely tapahtuu aaltoliikkeen etenemissuuntaan nähden kohtisuorasti. Normaalisti valo värähtelee useissa eri tasoissa. Värähtelytasoja voidaan vähentää polaroimalla valo. Kemiassa polaroitua valoa tarvitaan mm. sokeriliuosten konsentraatioiden määritykseen.
Valon aallonpituus vaihtelee. Eri aallonpituuksilla etenevän valon ihmissilmä näkee eri värisenä. Tosin kaikkia aallonpituuksia ihmissilmä ja siihen liittyvä keskushermoston osa eivät rekisteröi valoksi lainkaan.
Kun useat eriväriset valot sekoittuvat, koemme valon valkoiseksi. Kaikki valkoiseen valoon sisältyvät eri väriset valot muodostavat valkoisen valon spektrin. Spektrin värit erottuvat, kun valkoinen valo kulkee sopivassa kulmassa esimerkiksi prisman, sadepisaran tai veden pinnalle valuneen ohuen öljykerroksen läpi.
Aaltoliikkeen aallonpituus on värähtelytaajuuden käänteisarvo. Energiakvantin ja värähtelytaajuuden v välinen riippuvuus ilmaistaan yhtälöllä:
E = h
vKerroin h on Planckin vakio. Värähtelyn taajuus v on sitä suurempi, mitä lyhytaaltoisempaa valo on.
Hehkulampuissa käytetty volframi lähettää melkein valkoista valoa hehkuessaan tarpeeksi kuumana. Jokaisella alkuaineella onkin tunnusomainen spektrinsä, joka määräytyy alkuaineen elektroniverhon perusteella. Toiset alkuaineet ovat helposti paljain silminkin tunnistettavissa voimakkaan yhden värin hallitseman liekkireaktionsa perusteella.
Monesti kuitenkin spektri rekisteröidään tarkoilla mittalaitteilla, joilla saadaan samalla tietoa aineen määrästä. Tällaisiin mittauksiin riittävät hyvin pienetkin ainemäärät.
Spektrimittauksia tehdään myös kaukaisista kohteista, kuten tähdistä.
Aina valon syntymiseen ei tarvita korkeaa lämpötila. Tuottavathan jotkin syvänmeren kalat, lahottajasienet, kiiltomadot ja tulikärpäset valoa ihan viileässäkin. Tällaisen valon lähteenä on myös elektroniverhossa tapahtuva energianmuutos. Muutoksen saa aikaan kemiallinen reaktio, johon osallistuu tavallisesti useita molekyylejä.
Jokainen väri, niin luonnossa kuin ihmisen aikaansaamanakin, muistuttaa meitä elektroniverhon olemassaolosta. Vaikka itse valo olisikin auringosta tai sähkölampusta syntynyt, värillinen pinta (tai läpikuultavakin aine) sieppaa siitä osan ja palauttaa osa heijastuksena takaisin. Heijastuksen väri määräytyy siitä, millainen on valon kohtaaman aineen elektronirakenne: minkä suuruisia energiakvantteja se pystyy ottamaan vastaan ja mitkä sen on sopimattomina pakko palauttaa.
K, L. M ja N ovat elektronikuoria. K on lähinnä ydintä.
Kemia 1:n harjoituksessa 1 käsitellään atomin rakennetta ja harjoituksessa 5 elektroniverhoa.
Jotkin aineet muuttavat tasopolaroidun valon värähtelytasoa. Tällaisia aineita sanotaan optisesti aktiivisiksi. Optinen isomeria, Kemia 2
Aallonpituus lyhenee, kun spektrissä siirrytään keltaisesta ja oranssista purppuraan ja violettiin. Energia taas kasvaa samaan suuntaan.
Koska elektronit voivat sekä ottaa vastaan että lähettää energiakvantteja, saadaan kahdenlaisia spektrejä: emissiospektrejä ja absorptiospektrejä.
Emissio: elektronit
lähettävät energiakvantteja.
Absorptio: elektronit
vastaanottavat energiakvantteja.
Valokvantin toinen nimi on fotoni.
Ilotulitteissa ja hätäraketeissa käytetään värien lähteenä metallisuoloja, joissa metalli-ioni toimii värin tuottajana.
Natrium antaa keltaisen sävyn, strontium punaisen, vihreää saadaan kuparista, hyvin kirkasta valoa magnesiumista ja välkettä alumiinista ja raudasta.
Kemialliseen reaktioon liittyvää kylmää valoilmiötä nimitetään kemiluminesenssiksi.
Kasvien erilaisten vihreiden sävyjen kirjo kertoo siitä, että lehdet ja neulaset absorboivat punaisia aallonpituuksia voimakkaasti. Nämä kvantit soveltuvat yhteyttämisreaktion energian lähteiksi.
Elektroneista on kirjoitettu nettiin ja muuallekin paljon mielenkiintoista asiaa. Elektronin löytämisestä tuli vuonna 1997 kuluneeksi 100 vuotta. Löytäjä oli englantilainen fyysikko J.J Thomson (1856 - 1940).
American Institute of Physicsin sivuilla on yleistajuinen artikkeli aiheesta. Artikkelissa on useita historiallisia kuvia. Lisäksi se on hauskasti kirjoitettu. Vaikka englannin taitosi ei vielä olisikaan kovin vahva, artikkelia kannattaa tutkia. Pääasia selviää varmasti.
Osoite: http://www.aip.org/history/electron/jjhome.htm
"Could anything at first sight seem more impractical than a body which is so small that its mass is an insignificant fraction of the mass of an atom of hydrogen?"Siinäpä miettimistä tätäkin konetta näpytellessä ja ruutua tuijotellessa. Niin, ja mitäpä olisi kemia ilman tietoa noista pikku hiukkasista!
-- J.J. Thomson.