O que ocorre quando um elétron “salta” de um nível mais externo para um nível mais interno?

Passo 1

O enunciado pergunta o que acontece quando um elétron passa de um nível de energia mais alto (mais externo) para um nível mais baixo (mais interno) em um átomo. O conteúdo envolve o modelo atômico de Bohr (ou a mecânica quântica), segundo o qual os elétrons só podem ocupar níveis de energia quantizados.

Passo 2

No modelo de Bohr para o átomo de hidrogênio (e, de forma análoga, em átomos mais complexos), cada nível de energia n tem valor
E_n = -\frac{R_H}{n^2},
onde R_H é a constante de Rydberg para o hidrogênio e n=1,2,3,\dots. Quanto maior n, menos negativa é a energia, isto é, o elétron está em um nível “mais externo” e com maior energia potencial.

Passo 3

Quando o elétron salta de um nível inicial n_i para um nível final n_f com n_f<n_i, a diferença de energia entre esses níveis é
\Delta E = E_{n_i} - E_{n_f}.
Como E_{n_i}>E_{n_f} (menor valor absoluto de negativa para n_i e maior valor absoluto para n_f), segue que \Delta E>0. Essa energia precisa ser liberada.

Passo 4

A forma como o átomo libera \Delta E é por emissão de um fóton. A energia desse fóton satisfaz
h\nu = \Delta E,
onde h é a constante de Planck e \nu a frequência do fóton. Em consequência, a frequência e o comprimento de onda do fóton vêm de
\nu = \frac{\Delta E}{h}, \qquad \lambda = \frac{c}{\nu},
sendo c a velocidade da luz no vácuo.

Passo 5

Em termos físicos, ao saltar para um nível mais interno o elétron faz o átomo perder energia interna, e essa energia é transportada pelo fóton emitido. Por isso observamos linhas espectrais de emissão em comprimentos de onda bem definidos.

Resposta

O átomo emite um fóton cuja energia h\nu é exatamente a diferença de energia entre o nível externo e o nível interno para o qual o elétron transita.

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