Rifrazione della luce

Quando un raggio di luce passa da una sostanza trasparente ad un'altra anch'essa trasparente, ma di densità diversa, subisce una deviazione. Tale fenomeno è detto rifrazione.

L'angolo di rifrazione dipende dalla densità della sostanza trasparente.

Dispersione della luce

Quando un raggio di luce bianca colpisce obliquamente un prisma di vetro trasparente viene scomposto in tanti raggi di luce di diversi colori.

Newton propose la seguente interpretazione del fenomeno:

1. La luce bianca è in realtà una mescolanza di luce di diversi colori.

2. Il prisma di vetro non crea la luce di diversi colori, ma semplicemente separa i colori già contenuti nella luce bianca.

3. La separazione dei colori è dovuta al fatto che la deviazione dipende dalla lunghezza d'onda del raggio incidente.

L'analisi dello spettro mostra come la radiazione rossa ( l = 750 nm) venga deviata meno della radiazione violetta
( l = 350 nm ).

Spettri di emissione

Scomponendo con un prisma di vetro un raggio di luce proveniente da una lampada contenente idrogeno gassoso si osserva la formazione di uno spettro caratteristico costituito da quattro righe distinte su fondo nero. Dette linee si trovano due sul violetto, una sull'azzurro ed una sul rosso.

Spettri di assorbimento

Quando un gas o un vapore, a temperatura inferiore di quella della sorgente di luce bianca, viene interposto tra la sorgente stessa e lo spettroscopio, si ottiene uno spettro di assorbimento; esso presenta una o più righe nere ( di assorbimento ) su un fondo colorato continuo.

Confrontando lo spettro di emissione a quello di assorbimento di una stessa sostanza si vede che le righe nere nello spettro di assorbimento cadono nella stessa posizione ( stessa l ) delle righe colorate dello spettro di emissione. I due spettri si corrispondono come una foto al proprio negativo.

Si può concludere affermando che tutte le sostanze assorbono radiazioni luminose della stessa lunghezza d'onda ( l ) e frequenza ( n ) di quelle che sono in grado di emettere. La spettroscopia è un utilissimo mezzo di analisi chimico-fisica delle sostanze.

• Nell'atomo di idrogeno l'elettrone si muove lungo orbite circolari preferenziali ( orbite stazionarie ) caratterizzate ognuna da un determinato raggio e da una determinata quantità di energia ( livelli energetici ). Quando l'elettrone percorre tali orbite l'atomo di H non emette né assorbe energia. Tali orbite vennero indicate con le lettere K, L, M, N, O, P, Q. A ciascuna orbita venne, inoltre, associato un numero intero positivo detto numero quantico ( K: n=1; L: n=2; M: n=3; etc.). Bohr determinò, poi, i raggi delle orbite: K: r=0.052 nm; L: r=0.212 nm; M: r=0.477 nm, etc..

Nell'atomo non eccitato l'elettrone percorre l'orbita più vicina al nucleo ( orbita K ); tale orbita è caratterizzata dal valore minimo di energia, indicato come E₀ ( si legge: e con zero ), rispetto a quelli delle altre orbite. A tutte le altre orbite descritte dall'elettrone, le energie delle quali aumentano a mano a mano che ci si allontana dal nucleo, corrispondono stati eccitati ( E₁, E₂, etc. ).

• Si verifica emissione di energia sotto forma di onde elettromagnetiche solo quando un elettrone salta da un orbita stazionaria ad energia maggiore ad un'altra ad energia minore.
  Il quanto di energia emessa, DE ( si legge: delta e ) corrisponde alla differenza tra l'energia dello stato stazionario di partenza e quello di arrivo dell'elettrone. Ad esempio, se all'atomo di idrogeno viene somministrata energia dall'esterno, l'elettrone salta dallo stato fondamentale K , ad energia E₀ , allo stato eccitato L ( E₁ ) e, senza una ulteriore eccitazione esso ritorna allo stato fondamentale K ; l'energia ceduta è data dalla formula DE = E₁ - E₀ , ove E₁ indica l'energia dell'elettrone nell'orbita L ed E₀ l'energia nell'orbita K.

La frequenza ( n ) della radiazione emessa è data dalla formula DE = h × n ove h è detta costante di Plank, il cui valore è  6.63 × 10 ^-34 J s.

La frequenza è legata alla lunghezza d'onda ( l ) della radiazione dalla formula n = c / l , ove c è la velocità della luce, ovvero 3.00 × 10⁸ m / s.

La formula con la quale si ricava l'energia potenziale E_p è la seguente: E_p = m × g × h , ove:
m = massa in kg,
g = forza di accelerazione gravitazionale = 9.8 m / s² 
h = altezza in metri.

l₁ ( rosso ): radiazione con notevole lunghezza d'onda e bassa frequenza.

l₄ ( violetto ): radiazione con piccola lunghezza d'onda ed alta frequenza.

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