7.6:
発光スペクトル
7.6:
発光スペクトル
固体や液体、あるいは凝縮した気体が十分に加熱されると、その余剰エネルギーの一部が光として放射されます。このようにして生成された光子は、様々なエネルギーを持っているため、波長が途切れることのない連続したスペクトルとなります。
光は、連続したスペクトルとは対照的に、非常に狭い線幅がスペクトル領域全体に散在している離散的なスペクトル、すなわち線スペクトルとしても発生します。低分圧の気体に電流を流して励起したり、加熱したりすると、線スペクトルが発生します。蛍光灯やネオンサインなどがこれにあたります。元素にはそれぞれ特徴的な線があり、分子にも特徴的な線がありますが、そのスペクトルは一般に非常に複雑です。
それぞれの輝線は単一の波長の光で構成されており、気体が放出する光は離散的なエネルギーの集合体であることを意味しています。例えば、低圧の水素ガスが入った管に放電を通すと、H2分子が分かれたH原子に分解され、青-ピンク色の光が観測されます。この光をプリズムに通すと線スペクトルが得られ、この光が4つの可視波長の光子で構成されていることがわかります。
19世紀後半の科学者にとって、原子や分子の離散的なスペクトルの起源は非常に不可解なものでした。古典的な電磁気学の理論によれば、連続したスペクトルしか観測されないはずだからです。水素原子には、紫外域と赤外域に離散的な線が見られました。ヨハネス・リドバーグは、バルマーの研究を一般化し、水素の輝線を可視領域だけでなく、すべての輝線を予測する経験式を開発しました。ここで n1と n2は整数で、 n1 < n2
19世紀末の時点でも、分光学は非常に精密な科学であり、水素の波長は非常に高い精度で測定されていたため、リュードベリ定数も非常に正確に決定することができました。 リュードベリ式のような単純な計算式は、当時正確な測定値を明らかにすることができましたが、 1913 年にニールス・ボーアが発光スペクトルを説明したことで、古典物理学は捨てられ、現代の量子力学が発展することになりました。
本書は 、 Openstax 、 Chemistry 2e 、 Section 3.1 ： Electromagnetic Energy から引用しています。