수소 원자의 선 스펙트럼. 4개의 선 스펙트럼

수소 원자의 선 스펙트럼. 4개의 선 스펙트럼

 

 

수소 원자의 전자는 1개인데 왜 수소 원자의 선 스펙트럼의 선은 4개인가요?

 

 

 

선 스펙트럼을 측정할 때,

즉, 방전관 속에는 수소 원자가 달랑 1개만 존재하지 않습니다.

수많은 수소 원자가 존재하므로, 전자 역시 수많이 존재합니다.

게다가 전자는 한 번만 들떴다가 떨어지고 끝나는 것이 아니라,

방전 전압이 걸리는 동안에는 들떴다 떨어졌다를 무한 반복합니다.

 

 

 

수많은 전자들이 수없이 들떴다가 떨어지기를 반복하기 때문에,

들뜰 때 올라가는 껍질(n)의 위치도 다양하고,

또한 떨어질 때 떨어지는 껍질(n)의 위치도 다양합니다.

 

 

 

[보충 설명]

수소 기체들은 가만히 있는게 아니라,

엄청 빠른 속도로 운동하고 있는데,

이때 각 수소의 속도가 조금씩 다르다.

( 참고 https://ywpop.tistory.com/23066 )

 

이 때문에 전자들마다 들뜨는 정도가 차이나고,

이 때문에 바닥상태로 되돌아올 때

각 전자가 방출하는 에너지가 차이나기 때문에,

파장이 다른 빛이 관찰되는 것이다.

 

 

 

이중에서 우리 눈에 관찰되는 4개의 선 스펙트럼은

n>=3에서 n=2로 떨어지는 전자가 방출하는 빛에 의한 것으로,

우리는 이것을 ‘발머계열’이라 합니다.

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/7258 ]

 

 

 

실제 발머계열에 해당되는 전이(선 스펙트럼의 선)는 4개보다 많습니다.

n=3 → n=2

n=4 → n=2

n=5 → n=2

n=6 → n=2

여기까지가 빛의 파장이 ‘가시광선 영역’에 해당되기 때문에

우리 눈에 관찰이 됩니다.

 

 

 

n=7 → n=2

n=8 → n=2

n=9 → n=2

...

등의 전이도 일어나지만, 이 영역은 ‘자외선 영역’에 해당되기 때문에

우리 눈에 관찰되지 않을 뿐입니다.

( 참고: n=7 → n=2 전이 파장 https://ywpop.tistory.com/13779 )

 

 

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▶ 참고: 수소 스펙트럼 계열. hydrogen spectral series

[ https://ywpop.tistory.com/7437 ]

 

수소 원자의 전자 전이는 위 그림에 나오듯이 모든 계열에서 발생합니다.

현대의 분광기기로 측정하면, 모든 계열의 스펙트럼을 관찰할 수 있습니다.

atomic hydrogen emission spectrum

( 자료 http://www.chemguide.co.uk/atoms/properties/hspectrum.html )

 

 

 

학생들이 발머 계열만 발생한다고 착각할 수 있는 이유는

1) 초창기(옛날) 분광기기의 출력장치는 사진 필름(건판)이다.

2) 발머 계열만 사람 눈에 보이는 가시광선 영역이다.

3) 사진이 보여줄 수 있는 영역도 가시광선 영역(빨주노초파남보)이다.

( 위 검은색 바탕의 스펙트럼은 수소 원자가 방출하는 빛에 의해

노출된(노광된) 필름을 인화한 사진이라고 보면 됩니다. )

4) 교과서에는 옛날 초창기 스펙트럼만 보여준다,

이렇게 자세히 설명도 하지 않고...

---> 이 때문에 발머 계열만 발생한다고 착각할 수도 있습니다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/12715 ] 수소 기체의 발머 계열 파장 계산. 1/λ = R (1/2^2 – 1/n^2)

 

 

 

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