Flammenfärbungen und Spektroskopie

In den 1850er-Jahren entdeckte Robert Bunsen, dass Reinstoffe, die man in einem Bunsenbrenner verbrennt, eine charakteristische Färbung annehmen. Das war aber keine allzu genaue Methode, um all die verschiedenen Elemente zu unterscheiden. Bunsens Kollege Gustav Kirchhoff schlug vor, dass die Flammenfärbung viel genauer mittels eines Prismas analysiert werden könnte. Wenn weißes Licht durch ein Prisma fällt, wird es gestreut und in die Spektralfarben zerlegt, also in ein Spektrum von Rot über Gelb und Blau bis hin zu Violett. Kirchhoff verband ein Glasprisma mit zwei in unterschiedlichen Winkeln angebrachten Fernrohren: ein Spektroskop. Ein Stoff, wie etwa diese Natriumverbindung, wird am einen Ende des Geräts in einer Flamme erhitzt. Das Licht, dass das brennende Natrium abstrahlt, geht durch das erste Teleskop und wird vom Prisma zerlegt. Das so entstandene Lichtspektrum kann man dann durch das zweite Teleskop beobachten. Hier sieht man zum Beispiel die beiden orangefarbenen Linien, die typisch sind für Elektronen im angeregten Zustand, die von einem höheren Energieniveau auf ein niedrigeres übergehen. Jedes Element besitzt ein einzigartiges Muster von Linien und mit ihrem Spektroskop entdeckten Kirchhoff und Bunsen sogar zwei bis dahin unbekannte Elemente. Die benannten sie nach ihren spezifischen Farben: Cäsium, abgeleitet von lateinischen Wort für Himmelblau. Und Rubidium, abgeleitet vom lateinischen Wort für Tiefrot. Die Untersuchung von Spektrallinien führte sogar zur Entdeckung einer ganz neuen Gruppe von Elementen. Mit großen Teleskopen beobachtete man die Gase, die von der Sonne ausgesandt werden. Normalerweise sorgte das gleißende Licht in der Mitte der Sonne dafür, dass man die heißen Gase am Rand der Sonne nicht sehen konnte. Im Jahr 1868 ereignete sich allerdings eine totale Sonnenfinsternis. Pierre Janssen, ein französischer Astronom, untersuchte während dieser Sonnenfinsternis das Spektrum der Sonne und entdeckte eine unerwartete gelbe Linie, ein Muster, das man noch nie zuvor gesehen hatte. Der englische Astronom Norman Lockyer nutze die gleiche Sonnenfinsternis für seine Untersuchungen und nannte das neue Element Helium, nach dem griechischen Sonnengott Helios. Das war einige Jahrzehnte, bevor man herausfand, das Helium auch auf der Erde existiert. Also noch ein Element, das dank der Macht der Spektroskopie entdeckt wurde.