선 스펙트럼이 만들어지는 과정이 궁금합니다

Question

한 원자에서도 전자껍질과 전자껍질 사이의 간격이 저마다 다르기 때문에 전자가 이동할 때(전이) 흡수하거나 방출하는 빛의 에너지가 달라 파장도 각각 다르게되고 그래서 한 원자 안에서도 일어날 수 있는 여러종류의 전이가 일어날수있기때문에 각기 다르거나 같은 파장의 빛을 흡수한 또는 방출한 선 스펙트럼이 나타는건가요?

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

이해하신 내용이 정확히 맞습니다. 원자 내부에는 불연속적인 여러 전자껍질이 존재하며 각 껍질 사이의 간격과 에너지 차이는 저마다 다르게 형성되어 있습니다 전자가 들뜬 상태로 올라가거나 바닥 상태로 떨어질 때 껍질 간격에 해당하는 정확한 크기의 빛에너지만을 흡수하거나 방출하게 되어 특정 파장의 빛이 선택적으로 나타납니다 한 원자 안에서도 전자가 이동할 수 있는 조합이 다채롭게 존재하므로 그 결과 원자마다 고유한 파장을 가진 여러 개의 밝은 선이나 어두운 선이 선 스펙트럼 형태로 관찰되는 것입니다

Answer 2

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

거의 맞게 이해하신 것 같은데, 전자껍질 사이의 실제 거리보다는 에너지 준위 사이의 차이가 중요하다고 보시면 됩니다.

전자들은 아무 에너지나 가질 수 있는 것이 아니라 원자마다 정해진 여러 에너지 상태가 존재합니다. 전자가 높은 에너지 상태로올라갈 때는 두 상태의 에너지 차이에 해당하는 빛을 흡수하고, 내려올 때는 그만큼의 빛을 방출하게 됩니다.

한 원자 안에서도 가능한 전이의 종류가 여러 개이기 때문에 서로 다른 에너지 차이가 생기고, 그에 따라 여러 파장의 선이 나타나게 됩니다. 서로 다른 전이라도 에너지 차이가 같거나 매우 비슷하게 되면 같은 파장이나 가까운 위치의 선으로 나타날 수도 있습니다.

결국 선 스펙트럼이라는 것은 원자 안에서 가능한 여러 전이의 에너지 차이가 각각 특정 파장의 빛으로 나타난 결과라고 보시면 되겠습니다.

Answer 3

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

이해하신 내용이 맞아요. 흐름을 정리하면 이렇게 돼요.

원자 안에서 전자가 가질 수 있는 에너지는 정해진 값들로만 존재해요. 그 준위 사이의 간격이 저마다 다르니, 전자가 어느 준위에서 어느 준위로 옮겨가느냐에 따라 주고받는 에너지가 달라져요. 빛의 에너지는 파장에 반비례하니 그 차이가 그대로 파장 차이로 나타나고요. 전자가 높은 준위로 올라갈 때는 딱 그 간격만큼의 에너지를 가진 빛만 골라 흡수하고, 내려올 때는 그 간격만큼의 에너지를 빛으로 내놓아요. 흡수하면 연속 스펙트럼에서 그 파장만 빠진 검은 줄이 생겨 흡수선이 되고, 방출하면 어두운 배경에 그 파장만 밝게 빛나는 방출선이 돼요.

한 원자에서 선이 여러 개 나오는 것도 짚으신 대로예요. 가능한 전이 경로가 여러 개라서, 3번에서 2번으로 가는 전이와 4번에서 2번으로 가는 전이가 각각 다른 파장의 선을 만들어요. 기체 속에는 원자가 무수히 많아서 여러 전이가 동시에 일어나고, 그 빛들이 함께 모여 여러 줄로 보이는 거예요.

같은 파장의 선이 나온다는 건 에너지 간격이 같은 전이가 일어났다는 뜻이에요. 그리고 원소마다 준위 구조가 다르니 선의 위치 조합이 지문처럼 고유해져요. 별빛 스펙트럼을 분석해 그 별에 어떤 원소가 있는지 알아내는 게 이 원리를 쓰는 거예요 :)