Spektrallinien H - Emission & Absorbtion von Photonen

tisch21 · Anmeldungsdatum: 16.08.2010 Beiträge: 32

Hallo liebe Mitglieder,
in meinem Buch steht folgendes:
"As an example, the gaseous nebula NGC 2363 [...] (http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Ngc2363HST.jpg&filetimestamp=20090706131156) has hot stars in its neighborhodd that produce copious amounts of ultraviolet photons with wavelengths less than 91.2 nm. Hydrogen atoms in the nebula that absorb these photons become ionized and lose their electrons. When the electrons recombine with the nuclei, they cascade don the energy levels to the ground sate and emit visible light in the process. This ist what makes the nebula glow."

In der Bildunterschrift heißt es außerdem "Hot stars within the nebula emit high-energy, ultraviolet photons, which are absorbed by the surrounding gas and heat the gas to high temperature. This heated gas produces light with an emission line spectrum. The particular wavelength of red light emitted by the nebula is 656 nm, characteristic of hydrogen gas"
Warum genau rutschen die Elektronen treppenförmig runter und nicht in einem Rutsch? Nach dem Text ("cascade down") stell ich mir das so vor, dass die Elektronen zuerst von n=x auf n=x-1 fallen und dann von n=x-1 auf n=x-2 usw. wobei x gleich der Zahl (Orbit im Bohrschen Model) ist, die den höchst möglichen Orbit bezeichnet.
Die 656 nm entsprechen in der Balmer Serie den Übergang von einem Elektron von n=3 zu n=2 (oder umgekehrt). Von n=2 gehts dann also direkt weiter zu n=1 also in den Ultravioletten Bereich, ohne dass direkt mehrere Zustände übersprungen werden. Dannach müsste man also 3 Emissionslinen im Bereich zwischen Infrarot und Ultraviolett haben: von n=4 zu n=3 (infrarot), von n=3 zu n=2 (rot, was man im Foto auch sehen kann), von n=2 zu n=1 ultraviolett. Was beim rutschen auf n>=4 passiert kann ich nicht sagen, da im Buch nur die Lyman, Balmer und Paschen Serien abgebildet sind.
Aber warum ist dann die Wellenlänge von 656 nm charakeristisch für Wasserstoff? Wäre da oben z.B. Heliumgas, dann würden die Elektronen doch auch von n=3 auf n=2 rutschen und in dieser Wellenlänge Photonen emittieren?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18062

Sehr gute Frage. Man muss dazu die Einfangwahrscheinlichkeit von freien Elektronen durch Wasserstoffionen (in jeweils einem bestimmten Energieniveau) sowie die Übergangswahrscheinlichkeiten der Elektronen über die einzelnen Energieniveaus berechnen. Dabei kommen nioch auswahlregeln ins Spiel, z.B. bleibt ein Elektron in n=2, l=0 relativ lange "hängen", da der Übergang nach n=1 (als Dipolübergang) verboten ist. Ich muss mal länger darüber nachdenken, ob man überhaupt so einfach auf ein bestimmtes Emissionsspektrum schließen kann