원자와 분자는 에너지를 흡수하고 방출할 때 매우 흥미로운 행동을 보입니다. 원자의 전자는 전통적으로 바닥 상태라고 하는 가장 낮은 에너지 상태로 존재하며 n이 1과 동일한 것으로 표시됩니다. 그러나 원자가 에너지를 흡수하면 전자가 여기되어 더 높은 에너지 수준으로 이동합니다. 전자가 더 낮은 에너지 상태 또는 바닥 상태로 이완될 때 초과 에너지는 방출된 빛으로 방출됩니다.
이러한 에너지 상태에 대해 잘 알고 있을 것인데, 보어 모델(Bohr Model)은 원자를 껍질 또는 궤도에 궤도를 도는 전자가 있는 핵으로 설명합니다. 이러한 껍질은 에너지 준위와 동일하며 n으로 표시됩니다. 방출되는 빛의 파장은 높은 에너지 수준과 낮은 에너지 수준의 차이에 따라 달라집니다. 높은 에너지 방출 빛은 높은 에너지 준위에서 이완된 전자로 인해 발생하고, 낮은 에너지 방출 광은 낮은 에너지 수준에서 이완된 전자로 인해 발생합니다.
방출 스펙트럼은 다양한 파장에 걸쳐 방출되는 방사선을 측정한 것입니다. 순수한 원소 종의 경우, 방출 거동은 넓은 스펙트럼이 아닌 특정 파장의 선으로 나타납니다. 다른 원자는 다른 에너지 준위를 갖기 때문에 이러한 스펙트럼 선은 원소마다 다르며 여기될 때 이러한 전자가 에너지 상태 사이에서 만드는 전이에 따라 달라집니다. 예를 들어, 수소에 대한 6개의 명명된 스펙트럼 라인 시리즈가 있으며 그 중 하나가 Balmer 시리즈입니다.
스펙트럼 라인의 Balmer 시리즈는 전자가 n = 3보다 높은 에너지 준위에서 n = 2로 다시 전이할 때 발생합니다. Balmer 시리즈의 가시광선 스펙트럼은 410, 434, 486 및 656nm에서 스펙트럼 라인으로 나타납니다. h 알파 라인은 656nm에서 빨간색 선이며 n = 3에서 n = 2로의 전이로 인해 발생합니다. 청록색, 파란색 및 보라색 선은 각각 n = 4, 5 및 6에서 n = 2로 다시 내려가는 에너지 수준 전환에 해당합니다. 가시 범위 밖에서 추가 스펙트럼 라인을 측정할 수 있습니다.
Johann Balmer는 Balmer 공식을 사용하여 보이는 선을 정량화했습니다. 여기서 lambda는 관찰된 파장, c는 상수, n은 2의 낮은 에너지 준위, m은 더 높은 에너지 준위입니다. Balmer 방정식과 Bohr 모델의 조합은 다양한 원소의 스펙트럼 선을 설명하는 Rydberg 방정식을 제공합니다. 이 방정식에서 lambda는 기록된 파장이고 RH는 Rydberg 상수입니다. n-initial로 표시된 초기 수준은 전자가 여기하는 더 높은 에너지 수준을 나타내고 n final은 전자가 다시 이완되는 더 낮은 에너지 수준을 나타냅니다. Balmer 시리즈의 경우 nfinal = 2입니다.
이 실습에서는 수소, 헬륨 및 네온의 방출 스펙트럼을 측정 및 관찰하고 리드버그 방정식을 사용하여 스펙트럼 라인의 위치를 결정합니다.
