Miksi siirtymäalkuaineiden vesiliuokset ovat usein värillisiä? Jos liuos absorboi tiettyjä aallonpituuksia, eikö sen pitäisi myös emittoida samoja aallonpituuksia viritystilojen purkaannuttua?
Kun atomin ulkokuoren elektroni virittyy ylemmälle energiatasolle, se absorboi eli “imee” itseensä fotonin eli valokvantin. Virittävän säteilyn aallonpituuden on vastattava täsmälleen energiatasojen välistä erotusta. Ilmiötä kutsutaan energiatilojen kvantittuneisuudeksi.
Yksittäisillä atomeilla absorptioaallonpituudet näkyvät selvästi yksittäisinä juovina spektrissä. Yhdisteillä energiatiloja on paljon enemmän, joten niiden spektritkin näkyvät usein jatkuvina.
Viritystila voi purkautua usealla tavalla. Jos molekyyli vastaanottaa virittyessään 400 nm:n fotonin, se voi viritystilan purkautuessa lähettää 400 nm:n fotonin. Usein viritystila kuitenkin purkautuu välitilojen kautta. Jos molekyyli siirtyy välitilaan säteilyksellisesti (eikä esimerkiksi törmäämällä johonkin), syntyvän fotonin energia on pienempi kuin virittävän fotonin energia. Siten aallonpituus on suurempi kuin 400 nm, mikä nähdään joko erivärisenä valona tai värittömänä säteilynä.
Purkautumisessa välitilojen energiat ovat yhteen laskettuna yhtä suuria kuin absorboitunut energia. Jos viritystila purkautuu esimerkiksi kolmen välitilan kautta, taajuuksille saadaan yhtälö:
hυ1 = hυ2 + hυ3 + hυ4 + hυ5 .
Tilannetta esittää oheinen energiakaavio. Vaakasuorat viivat kuvaavat energiatiloja.
Siirtymäalkuaineet virittyvät ionimuodossa usein näkyvän valon alueella. Nämä ionit myös muodostavat helposti komplekseja, jotka absorboivat näkyvän valon alueella ja jotka näemme siten värillisinä.
