밤거리를 밝히는 네온사인은 튜브 안에 들어있는 기체의 종류에 따라 각기 다른 고유한 색의 빛을 내는 이유는?

Question

밤거리를 밝히는 네온사인은 튜브 안에 들어있는 기체의 종류에 따라 각기 다른 고유한 색의 빛을 냅니다. 원자 내부의 전자가 높은 에너지 준위로 들떴다가 바닥상태로 떨어지면서 빛을 방출한다고 하는데, 그 원리가 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

네온사인의 화려한 빛은 원자 속 전자가 에너지 준위를 오가며 나오는 빛 때문입니다. 기체의 종류마다 고유한 색을 띠는 이유는 원소마다 가지고 있는 내부 구조가 다르기 때문인데, 그 과정을 설명해 드릴게요.

튜브 양끝에 높은 전압을 걸어주면 전기가 흐르면서 기체 원자들과 격렬하게 충돌하게 되고, 원자핵 주변의 궤도를 돌고 있던 전자는 이 충돌 에너지를 흡수해, 바닥상태에서 에너지가 들뜬상태로 뛰어오르게 됩니다. 하지만 높은 궤도로 올라간 전자는 에너지가 많아 매우 불안정한 상태입니다. 그래서 찰나의 순간에 다시 원래의 안정적인 안쪽 궤도로 떨어지게 되는데, 이때 전자는 자신이 떨어진 두 궤도의 에너지 차이만큼을 뭉쳐서 밖으로 뿜어내는데, 이것이 바로 우리 눈에 보이는 빛입니다.

기체마다 색이 다른 결정적 이유 원자핵 주변을 도는 에너지 준위가 경사로가 아니라 계단처럼 딱 정해진 간격으로만 존재하는데, 기체의 종류에 따라 원자 내부의 에너지 격차가 모두 다르기 때문입니다.