Het spectrum van Waterstof

In de 19de eeuw ontdekte men dat chemische elementen uit de tabel van Mendeljev zoals waterstof (H), helium (He), kwik (Hg) e.d. heel karakteristieke kleuren uitzonden, en deze kleuren ook eigen waren aan elk element.

Waterstof

Helium

In een artikel gepubliceerd in 1860, schrijven Gustav Kirchhoff en Robert Bunsen het resultaat van hun gezamenlijke experimenten. De twee onderzoekers onderzochten de chloorverbindingen van de metalen kalium, natrium, lithium, barium, strontium, en calcium, die zij achtereenvolgens in de vlam van een bunsenbrander brachten, waarna zij de vlam door een spectroscoop waarnamen.

Van de optredende strepen in het spectrum werden het aantal en de plaats nauwkeurig bepaald. Bij volgende reeksen van proefnemingen, werden in plaats van de chloorverbindingen met genoemde metalen, ook hun verbindingen met jodium, bromine en met zuurstof, met zwavelzuur en met koolzuur onderzocht.

In elke reeks vonden Bunsen en Kirchhoff voor de metalen volkomen dezelfde karakteristieke strepen. Die strepen bleken ook onafhankelijk te zijn van de temperatuur. Zo kon dus uit de afwezigheid van de voor een metaal kenmerkende streep in het spectrum de aanwezigheid van dat metaal worden geconcludeerd. Door toepassing van spectraalanalyse ontdekten Bunsen en Kirchhoff twee nieuwe elementen, cesium en rubidium.

Spectroscoop

Kirchhoff  (links) en Bunsen

Door het emissiespectrum op te meten, kan men nu dus bepalen wat de chemische samenstelling is van de stoffen door naar het licht te kijken dat uit de stof afkomstig is. Op die manier kan men bijvoorbeeld de chemische samenstelling van sterren bepalen, maar ook of je ‘gouden’ ring wel echt goud is…! Het probleem van de straling was nog maar net opgelost, of een nieuwe vraag kwam al op: wat in die atomen zendt nu precies dat licht uit? Waarom zenden alle waterstofatomen dezelfde lijnen uit, en waarom juist deze? Waarom zijn die voor elk soort atomen anders?  “Er rammelt wat aan het atoom”, zei James Maxwell hierover…

Tijdens de periode dat de kwantummechanica zich ontwikkelde, zullen al deze vragen een antwoord krijgen.

Something is rattling in the atom

James Clerk Maxwell