에너지 수준 및 수소 스펙트럼

흥분된 가스로부터 방출 된 빛을 연구하기 위해 전기 방전 및 회절 격자를 사용하여, 과학자들은 1800 년대 후반에 생성 된 스펙트럼이 연속 밴드가 아니라 명확하게 정의 된 파장을 가진 개별 선으로 구성되어 있음을 발견했다. 과학자들은 빛을 방출 한 화학 요소를 더 잘 이해하기 위해 독특한 파장을 드러내는 실험을 수행했습니다. 그들은 원자의 내부 구조로 원자 지문을 초래했습니다.

수소 방출 스펙트럼의 기원 :

• (비교적) 단순 방정식에서 수소 방출 스펙트럼을 발현 할 수 있습니다. 간단한 전체 정수를 사용하여 각 라인을 계산할 수 있습니다. 고전압은 화학 반응을 일으켜 빛이 방출됩니다.
• 수소의 전자는 첫 번째 에너지 수준에 있으며, 이는 흥분되지 않을 때 핵에 가장 가깝습니다. 전자는 공급되는 에너지의 양에 따라 원자를 옮길 수 있습니다. 방전 튜브의 고전압은 그러한 에너지를 공급합니다. 수소 분자로부터 방출 된 전자는 분리되어 더 높은 에너지 수준으로 홍보되므로 원자 수소 방출 스펙트럼의 이름을 따서 명명 된 것입니다.
• 전자가 예를 들어 세 번째 에너지 수준으로 자극되었다고 가정 해 봅시다. 고도가 떨어지면 에너지가 다시 한 번 감소 할 수 있습니다. 이를 달성하기위한 두 가지 옵션이 있습니다. 또는 두 번째 레벨로 돌아가서 두 번째로 다시 내려 가서 첫 번째 레벨로 돌아갈 수 있습니다.

특정 전자 점프를 특정 스펙트럼 라인으로 할당 :

전자가 3 레벨에서 2 레벨로 떨어질 때 손실되는 에너지의 양은이 두 레벨 간의 에너지 차이와 같습니다. 전자가 에너지를 상실함에 따라 빛을 방출합니다 ( "빛"은 UV와 IR뿐만 아니라 가시 방사선을 포함합니다). 아래 방정식은 각 광의 주파수가 특정 에너지와 어떻게 연결되어 있는지 설명합니다.

                                             e =hv

여기 h는 플랑크의 상수이고 V는 방사선의 주파수입니다.

• 빛의 에너지는 주파수에 직접 비례하여 상승합니다. 전자가 세 번째에서 두 번째 레벨로 떨어질 때 적색광이 생성됩니다. 
• 이것은 수소 스펙트럼의 빨간색 선이 나오는 곳입니다.
• 붉은 빛의 에너지는 주파수에 의해 결정될 수 있습니다. 수소 원자의 3 레벨과 2 레벨 사이의 에너지 갭은 정확히 동일해야합니다.

스펙트럼에서 가장 높은 주파수 라인은 결과적으로 상상할 수있는 에너지의 가장 큰 하락으로 인해 생성됩니다. 인피니티에서 1로 떨어지는 것은 가장 가파른 것입니다.

수소 스펙트럼의 파장 :

• 광자 흡수는 전자가 예를 들어 수소의 경우 n =1 또는 2와 같이 더 높은 에너지 수준으로 전이하게됩니다. 
• 예를 들어, 수소의 전자가 광자를 방출했을 때, 전자는 더 높은 에너지 수준에서 더 낮은 에너지 수준 (n =3 ~ n =2)으로 전이됩니다. 
• 이 하강으로 인해 빛이 전송됩니다. 양자화 된 이러한 에너지 수준은 이러한 변화를 반영하는 빛의 파장을 생성하는 데 도움이됩니다. 
• 예를 들어, 전이 n =3 n =2는 656 nm에서 선으로 표시됩니다.

수소 방출 스펙트럼 :

Balmer는 실험 결과에 기초하여 1885 년에 스펙트럼 라인과 에너지 쉘의 파도 수를 상관시키는 방정식을 제안했을 때, 그는 수소 배출에 대한 우리의 이해에 혁명을 일으켰다. 다음은 공식입니다 :

Balmer 시리즈는 수소 방출 스펙트럼의 유형입니다. 전자기 스펙트럼에서 이것은 볼 수있는 유일한 선 세트입니다. 109,677 cm-1의 값은 수소에 대한 Rydberg 상수입니다. Balmer 시리즈로 알려진 수소 방출 스펙트럼의 성분은 두 번째 쉘 이외의 쉘에서 전자의 여기를 담당합니다. 다른 전환의 시리즈 이름은 비슷합니다. 다음은 그들 중 일부의 목록입니다.

• a 쉘에서 다른 쉘로 전환 :Lyman 시리즈,
• a 2nd 쉘에서 다른 쉘로 전환 :Balmer 시리즈
• a 3 번째 쉘에서 다른 쉘로 전환 :Paschen 시리즈,
• a 4 번째 쉘에서 다른 쉘로 전환 :브래킷 시리즈,
• a 5 번째 쉘에서 다른 쉘로 전환 :Pfund 시리즈. 

스웨덴의 과학자 인 Johannes Rydberg는 한 궤도에서 다른 궤도로 전자를 이동하기 때문에 수소 스펙트럼 라인 배출량의 파수를 추정하기 위해 일반적인 공식을 만들었습니다. 다음은 수소 방출 스펙트럼을 계산하기위한 일반적인 공식입니다.

여기서,

• n1 =1, 2, 3, 4,…
• n2 =n1 +1

수소 Rydberg 상수의 값은 109,677 cm-1입니다.

결론 :

이 학습의 몇 가지 주요 테이크 아웃은 다음과 같습니다.

• 원자의 양자화 된 전기 구조에 대한 증거는 수소 스펙트럼에서 찾을 수 있습니다. 
• 전기 방전이 기체 수소 분자에 적용되면 분자의 수소 원자가 해리됩니다. 
• 결과적으로 에너지가 흥분된 수소 원자는 전자기 방사선을 방출합니다. 수소 방출 스펙트럼은 다양한 주파수로 구성됩니다. 이 방사선 시리즈를 발견 한 과학자들은 그들에게 그들의 이름을 주었다.