Atomic Spectrum   원자 스펙트럼

(2022-04-24)

원자 선 스펙트럼, Emission Spectrum, 방출 스펙트럼, Absorption Spectrum, 흡수 스펙트럼, Balmer Series, 발머 계열


1. 원자 스펙트럼(분광) 이란?

  ㅇ 각각의 화학원소는 모두 저마다 독특한 선 스펙트럼 특성을 보임
     - 원자 선 스펙트럼에서 선의 수, 세기, 위치가 저마다 다름
        . 화학자는, 화학원소스펙트럼을 조사하여, 물질화학적 성분을 알 수 있음
        . 천문학자는, 별의 스펙트럼을 조사하여, 그 별의 대기의 화학적 성분 등을 알 수 있음


2. 원자 스펙트럼(분광) 역사 및 응용

  ㅇ 역사적으로, 19세기 말 부터 알려지기 시작함
     - 들뜬 기체 방전분광 계열(spectral series)이라는 일련의 분광 무리들이 관측됨
        . 옅은 기체가 아주 뜨거울 때 또는 기체 방전할 때에,
        . 방출되는 연속 복사 스펙트럼이 예리한 선들로 구성됨

  ㅇ 한편, 이러한 현상을 응용하는 분야로써 분광학이 있음
     - /복사선물질과 어떻게 상호작용하는가를 탐구하는 분야


3. 원자 분광 선 (선 스펙트럼) 현상에 대한 이론적 설명 => 양자론의 근거

  ㅇ 이는 고전물리학으로는 설명이 안되고, 양자역학으로 만 설명이 가능함
     - 즉, 원자 종류에 따라 특정 파장들 만을 흡수 및 방출하는 현상


4. 방출 스펙트럼(Emission Spectrum) , 흡수 스펙트럼(Absorption Spectrum)

  ※ 특정 화학원소 마다 모두가 다른 흡수 및 방출 스펙트럼을 갖음            ☞ 흡수 및 방출 참조
     - 따라서, 화학원소를 확인하는데 이용 가능 

  ㅇ 방출 스펙트럼 : 어두운 배경에 밝은 색
     - 원자 기체 방전관
        . 방출 선들의 위치,세기가 원소 성분의 농도 정보를 줌

  ㅇ 흡수 스펙트럼 : 밝은 배경에 검은 선                               ☞ 例) 프라운호퍼 선 참조
     - 물질 시료흡광도를, 파장(주파수)의 함수로써 측정하면 흡수 스펙트럼을 얻게됨
     - 미량의 금속 원소를 검출하는 등에 널리 사용
        . 원소를 확인하는데 방출 스펙트럼 보다 더 흔하게 사용됨
           .. 주로, 백색광(태양광)을 시료(기체)에 통과시켜, 
           .. 어느 파장이 흡수되어 보이지 않는가로써 판단함
        . AAS (Automic Absorption Spectroscopy)


5. 수소 원자 분광 계열 (Hydrogen atom spectral series)

  ㅇ 들뜬 수소(H2) 기체에서 전기방전시 불연속적인 선 스펙트럼 방출
     

  ㅇ 발머 계열 (Balmer series, 1825~1898) : 수소 원자가시광선 부근 선 스펙트럼
     

     - 발머 공식 
       

        . 발머(Balmer,Johann Jakob) : 스위스의 중등 교사 (물리학자, 수학자)
           .. 1885년 수소 원자선 스펙트럼파장에 계열적 관계가 있음을 찾아내고,
           .. 스펙트럼 선들의 위치와 파장(진동수)를 계산하는 간단한 공식을 만들어냄

     - 리드버그 공식 (Johannes Rydberg, 1854~1919)
       
        . RH : 리드버그 상수, 1.097 x 107 [1/m]

양자론 근거
   1. 광전효과/변환   2. 흑체 복사   3. 열 복사   4. 원자 스펙트럼   5. 컴프턴 효과  
분광학/분광법
   1. 분광(스펙트럼)이란?   2. 분광학/분광법   3. Beer 법칙   4. 원자 분광법   5. 원자 스펙트럼   6. 분자 분광법   7. 분자 스펙트럼   8. 질량 분석법   9. 핵 자기 공명  


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