Hoi Janou,

Beide uitspraken zijn waar. En voor alle stoffen, niet alleen bij gassen. Dat zit namelijk zo: als licht geabsorbeerd wordt door atomen of moleculen, nemen de elektronen in het atoom of molecuul de energie van het lichtdeeltje (foton) over. De elektronen raken komen in een hogere energietoestand terecht (en zogeheten ‘aangeslagen toestand’). Nu, een atoom of molecuul kan niet elk foton zomaar opnemen, maar dat foton moet een bepaalde energie hebben die klopt met de energieniveaus van het atoom of molecuul. In Binas 21 zie je een paar voorbeelden van de energieniveaus van de elektronen in waterstof en helium. Zo’n hogere energietoestand waar dat elektron zich dan in bevindt is niet echt stabiel, een beetje alsof een voetbal bovenop de lat van een doel balanceert, en na een (heel erg kort) tijdje zal het elektron die extra energie kwijtraken door terug te vallen naar een lagere energietoestand. Omdat energie altijd behouden moet zijn, zendt het elektron op het moment dat het terugvalt een foton uit met een energie gelijk aan het verschil in energie tussen de energieniveaus. Om dat te illustreren: Als je in tabel 21A kijkt, bijvoorbeeld, zie je de energieniveaus van het waterstofatoom en ook welke golflengten van de uitgezonden fotonen daarbij horen. In tabel 20 kan je op de spectraalplaat zien dat bij die golflengten inderdaad ook een absorptie en emissielijn van waterstof zit! Dat komt dus omdat die elektronen door fotonen te absorberen en weer uit te zenden heen en weer ping-pongen tussen de energieniveaus. Als het elektron dus aangeslagen wordt en weer terugvalt naar datzelfde energieniveau, neemt het een foton op en zendt het een foton uit van dezelfde gofllengte.

Echter, zo’n elektron hoeft niet per se terug te vallen naar het niveau waar het oorspronkelijk vandaan kwam, maar het kan ook naar een ander niveau terugvallen. Zo kan het, om bij het waterstofvoorbeeld te blijven, bijvoorbeeld een foton van 102.6 nm opnemen om van het 1e, laagste energieniveau aangeslagen te worden naar het 3e energieniveau, en vervolgens een foton uitzenden van 656 nm om uiteindelijk in het 2e energieniveau terecht te komen.

Precies dat process is wat in moleculen gebeurt. Wat absorptie betreft is het grootste verschil tussen atomen en moleculen dat er in moleculen veel meer energieniveaus zijn, veel meer ’treden’ waar de elektronen naartoe kunnen springen zo’n energietrap als in tabel 21, zeg maar. Dus als je met een pen bijvoorbeeld moleculen rode kleurstof op papier aanbrengt en je kijkt ernaar, absorberen die kleurstofmoleculen allerlei golflengtes, maar sommige golflengtes net wat meer dan anderen. Wanneer dat kleurstofmolecuul zó gemaakt is, dat de energieniveaus in het molecuul zo zijn dat de meeste golflengtes, behalve de golflengtes van rood licht, geabsorbeerd worden, weerkaatst het rode licht op je papier en zie je dus de rode letters op je papier staan.

[Een beetje achtergrond: Bij de meeste kleurstoffen gaan de elektronen uit de hoge energietoestanden terug naar een lage energietoestand door naar de vele, dichtbijelkaarliggende energieniveaus terug te vallen. Dit gebeurt telkens met het uitzenden van een lichtdeeltje met lage energie, bijvoorbeeld in het infrarode gebied. Die energie wordt dan dus omgezet in warmte. Dit is precies waarom zwarte objecten in de zon veel warmer worden dan witte, In die zwarte dingen worden de fotonen namelijk goed geabsorbeerd door de elektronen en daarna efficient omgezet naar infrarode straling!

Er zijn ook nog sommige kleurstoffen die zo gemaakt zijn dat een deel van de aangeslagen elektronen eerst niet terugvalt naar een energieniveau dat dichtbij de hoge energietoestand ligt, maar naar een wat dieper liggend niveau. Als het elektron dan bij dat terugvallen een foton uitzendt wat in het zichtbarelichtspectrum valt, zie je dat als fluorescentie. Dus daarom zijn die markeerstiften bijvoorbeeld zo fel: daar worden dus fotonen van allerlei (hoge) energieën omgezet naar bijvoorbeeld gele, rode of groene fotonen en zendt zo’n kleurstof dus meer fotonen van die energie uit dan je erop schijnt!]

Het antwoord is wat uitgebreid geworden. Hopelijk helpt het je verder. Als het niet duidelijk is, help ik je graag nog even verder :-).

Groetjes,
Mathijs