선 스펙트럼에 있는 흡수선과 방출선 분석

Question

원자마다 전자껍질과 전자껍질 사이의 간격차이가 각각 다르고 그러면 빛에너지도 차이가 있고 그러면 파장도 차이가 있고 또 여러 종류의 전이가 발생할수있고 그래서 하나의 원자에서도 각기 다르거나 같은 파장의 빛을 흡수한 또는 방출한 선 스펙트럼이 나타는건가요? 그럼 같은 위치에서 선이 생긴것들은 다 아까 그 간격의 차이가 같은것들인가요? 그리고 수소는 전자껍질이 하나라 전이가 못 일어날텐데 어떻게 선이 여러개가 생기나요?

Answer 1

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

앞부분은 정확히 이해하고 계세요. 원자마다 에너지 준위 구조가 달라서 준위 사이 간격이 다르고, 그 간격에 딱 맞는 에너지의 빛만 흡수하거나 방출해요. 한 원자 안에서도 전이 경로가 여러 개라 선이 여러 개 나타나고요. 같은 위치에 선이 생겼다면 에너지 간격이 같은 전이를 뜻하는 게 맞아요. 그래서 스펙트럼 선의 위치를 보면 어떤 원소인지 알아낼 수 있는 거예요.

마지막 질문에서 오해가 하나 있어요. 수소의 전자껍질이 하나인 게 아니에요. 수소가 가진 전자가 한 개일 뿐이고, 그 전자가 올라갈 수 있는 껍질은 1번부터 무한히 많아요. 전자는 평소 가장 낮은 1번 껍질에 있지만 에너지를 받으면 2번, 3번, 4번으로 올라갈 수 있고, 다시 내려올 때 그 차이만큼 빛을 내놓아요.

그래서 선이 여러 개 나와요. 3번에서 2번으로 떨어질 때, 4번에서 2번으로, 5번에서 2번으로 떨어질 때가 각각 다른 에너지라 다른 파장의 선이 돼요. 이 계열이 눈에 보이는 발머 계열이고, 2번이 아니라 1번으로 떨어지는 전이들은 자외선 영역의 라이먼 계열, 3번으로 떨어지면 적외선 영역의 파셴 계열이에요. 전자는 하나지만 가능한 경로가 무수히 많아서 선도 그만큼 많은 거예요.

그리고 기체 속에는 수소 원자가 수없이 많아서, 어떤 원자는 3번에서 2번으로 어떤 원자는 5번에서 2번으로 동시에 떨어져요. 그 빛들이 함께 모여 여러 선이 한꺼번에 보이는 거예요 :)

Answer 2

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

전체적인 이해는 맞지만 핵심은 전자껍질 사이의 실제 거리보다 에너지 준위의 차이가 중요하다는 점입니다.

전자 전이가 일어날 때 두 에너지 준위의 차이만큼 빛을 흡수하거나 방출하므로 ,에너지 차이가 다르다면 나타나는 파장도 다르게 됩니다. 같은 위치에 선이 생겼다면 기본적으로는 방출하거나 흡수한 빛의 에너지가 같다는 뜻이고, 서로 다른 전이라도 에너지 차이가 같다면 같은 파장으로 겹칠 수 있습니다.

수소는 전자가 1개라는 뜻이지 전자가 이동할 수 있는 에너지 준위가 하나라는 뜻은 아닙니다. 수소의 경우도 전자가 바닥상태에서 더 높은 여러 에너지 준위로 올라갈 수 있고 다시 내려오면서 다양한 에너지의 빛을 방출할 수 있습니다.

그래서 수소처럼 전자가 하나뿐인 원자에서도 가능한 전이가 여러 종류이므로 여러 개의 선 스펙트럼이 나타나는 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

원자마다 고유한 전자껍질 간격 차이에 의해 흡수·방출되는 빛의 에너지가 결정되므로 각 전이 과정에서 발생하는 고유한 파장에 따라 고유의 선 스펙트럼이 나타나는 것이 맞습니다. 스펙트럼상에서 같은 위치에 선이 생겼다는 것은 전자가 이동하면서 변화한 두 전자껍질 사이의 에너지 간격 차이가 완전히 동일하다는 것을 의미합니다 수소는 전자가 1개뿐이지만 전자가 들어갈 수 있는 전자껍질은 무수히 많이 존재합니다 따라서 기저 상태에 있던 전자가 에너지를 받아 더 높은 전자껍질로 들떴다가 다시 다양한 껍질 상태로 떨어지는 과정에서 여러 종류의 전이가 일어나 수많은 선 스펙트럼이 형성됩니다