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흡수선과 방출선의 위치가 같다고 말하는 이유
한 원소의 흡수선과 방출선의 위치가 같다고 말하는 이유가 각 원자 내부에서 전자의 이동 경로가 항상 정확히 같지는 않아 선스펙트럼에서의 선의 개수가 다를수는 있어도 전자가 허용된 에너지 준위 범위 내에서 움직이기 때문에 선의 위치가 같게 찍히는 부분이 있을수밖에 없어서 그런건가요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
흡수선과 방출선의 위치가 같은 건 우연히 겹치는 부분이 생겨서가 아니라, 둘이 같은 두 준위 사이를 반대 방향으로 오가는 같은 전이라서예요. 전자가 아래 준위에서 위 준위로 올라갈 때는 딱 그 에너지 차이만큼의 빛을 흡수하고, 같은 두 준위 사이를 내려올 때는 똑같은 에너지의 빛을 내보내요. 계단 두 칸 사이를 오르든 내려가든 높이 차가 같은 것과 마찬가지예요. 에너지 차이가 같으니 파장도 같고, 스펙트럼에서 선이 찍히는 자리도 정확히 일치해요.
선의 개수가 다른 건 다른 이유에서 나와요. 흡수 스펙트럼은 보통 비교적 차가운 기체에 빛을 통과시켜 얻는데, 이때 원자들은 대부분 가장 낮은 준위에 머물러 있어서 바닥 준위에서 출발하는 전이만 주로 나타나요. 반면 방출 스펙트럼은 기체를 뜨겁게 달궈 여러 높은 준위로 전자를 올려놓은 상태라, 높은 준위끼리 오르내리는 전이까지 다양하게 섞여 나와요. 그래서 방출선이 흡수선보다 훨씬 많은 경우가 흔해요.
정리하면 흡수선은 방출선의 일부와 위치가 정확히 겹치고, 방출선 중에는 흡수 스펙트럼에 짝이 없는 선들이 있는 관계예요. 흡수선이 찍힌 자리에는 반드시 같은 위치의 방출선이 존재해요 :)
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
흡수선과 방출선의 위치가 같은 것은 우연이 아니고 전자가 같은 두 에너지 준위 사이를 올라갈 때와 내려올 때 에너지 차이가 동일하기 때문입니다. 에너지 차이가 같으면 파장도 같아서 선의 위치가 정확히 일치한답니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
원자 내부의 전자는 양자화되어 불연속적으로 존재하는 허용된 에너지 준위 사이에서만 이동할 수 있기 때문입니다 전자가 낮은 에너지 준위에서 높은 준위로 올라갈 때 흡수하는 빛의 에너지와 반대로 높은 준위에서 낮은 준위로 떨어질 때 방출하는 빛의 에너지는 특정 두 준위 사이의 차이값으로 완전히 동일합니다 빛의 에너지는 곧 고유한 파장 및 진동수와 직결되므로 두 준위 차이에 해당하는 특정 파장의 위치에만 흡수선과 방출선이 찍히게 됩니다 따라서 전자가 전이하는 경로나 단계의 조합에 따라 선의 전체 개수는 다를 수 있어도 동일한 두 에너지 준위 간 전이에서 발생하는 선들은 흡수든 방출든 스펙트럼상의 동일한 위치에 일치하여 나타납니다
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
일단은 말씀하신 내용대로 원자 안에서 전자가 움직일 수 있는 에너지 길이 정해져 있기 때문입니다. 전자가 에너지를 먹고 위로 올라갈 때는 특정한 파장의 빛을 흡수합니다. 반대로 위에서 아래로 떨어질 때는 정확히 그만큼의 빛을 밖으로 뿜어내죠. 올라갈 때 쓴 에너지 계단 높이와 떨어질 때 내려오는 계단 높이가 완전히 똑같은 겁니다. 그래서 빛의 파장, 즉 스펙트럼에서 선이 찍히는 위치가 정확하게 일치하게 됩니다.
그리고 선 개수가 다르게 보이는 이유도 말씀하신 내용대로 전자가 한 번에 이동하는 경로와 단계가 다를 수 있기 때문이죠. 높은 곳에서 바닥으로 한 번에 뚝 떨어질 수도 있습니다. 아니면 중간 계단을 거쳐서 여러 번 나뉘어서 떨어질 수도 있죠. 이 때문에 상황에 따라 나타나는 선의 개수가 차이가 날 수가 있습니다. 하지만 전자가 오르내리는 계단 자체의 위치는 변하지 않죠. 결국에는 흡수되든 방출되든 선이 찍히는 고요한 파장 위치는 항상 같을 수밖에 없다는 게 결론이 되겠습니다.
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
비슷하지만 핵심적인 이유는 같은 두 에너지 준위 사이의 전이가 흡수와 방출에서 서로 반대 방향으로 일어나기 때문입니다.
전자가 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 올라갈 때는 그 차이만큼의 빛을 흡수해 흡수선이 생기게 됩니다. 반대로 높은 준위에서 낮은 준위로 내려올 때는 정확히 같은 에너지 차이만큼의 빛을 방출해 방출선이 생기게 되는 것이고요.
같은 에너지 차이는 같은 파장에 해당하기 때문에 흡수선과 방출선은 같은 위치에서 나타날 수 있습니다. 다만 실제 스펙트럼에서는 전자의 분포와 전이 확률이 다르기 때문에 선의 개수나 밝기, 강도가 서로 다르게 보일 수는 있습니다.
결국 위치가 같은 이유는 전자가 움직일 수 있는 범위 때문이라기보다는 같은 에너지 준위 차이를 흡수와 방출에서 함께 사용하기 때문이라고 생각하시면 되겠습니다.