일반화학실험 예비레포트 A+ 원자의 방출스펙트럼

실험목표
1. 투과 회전발 필름을 사용한 분광기를 통해 여러 조명과 기체 방전관으로부터 방출되는 빛을 파장별로 분리하여 관찰 후 비교해 본다.

2. 이미 파장을 알고 있는 스펙트럼선들을 이용하여 검정곡선을 만들고 이를 통하여 다른 광원에서 방출되는 빛의 파장을 결정해 보기로 한다.

이론
1. 에너지 준위왿� 양자수

원자 내 전자는 서로 독립적인 세 개의 양자수(quantum number)로 상태를 나타낼 수 있다. 이때 양자수가 주양자수(n), 방위 양자수(l), 자기 양자수(m)로 수소 원자에서 전자가 가질 수 있는 상태의 에너지 준위 값은 오직 주양자수 n에 의해서 결정된다. 즉 n값이 큰 상태는 적은 상태보다 에너지 준위가 높다는 것을 의미한다. 반면에 헬륨처럼 원자 내 전자가 두 개 이상인 원자에서는 원자 내 전자가 가질 수 있는 상태의 에너지 준위 값은 n,l 두 개의 양자수에 의해 결정된다. 곧 서로 다른 두 상태가 같은 주양자수 n를 갖더라도 방위 양자수 값이 0에 가까운 상태가 에너지 준위가 더 낮다.

원자 내 전자가 양자화된 상태를 바꾸는 경우를 전이(transition)라고 하는데, 에너지 준위가 낮은 상태에서 높은 상태로 전이하기 위해서는 두 상태의 에너지 차이에 해당하는 전자기파(E=hν)를 흡수해야 한다. 반대로 에너지가 높은 상태에서 낮은 상태로 전이할 때는 두 상태의 에너지 차이에 해당하는 전자기파를 방출한다.

2. 바닥상태/들뜬상태

- 바닥상태: 바닥상태(ground state)는 양자역학에서 가장 낮은 에너지 상태를 의미하고 안정적인 상태이다. 파동함수로 에너지를 표현하면 마디(node)가 존재하지 않고 숫자로 표현하면 0인 상태이다.
- 들뜬상태: 들뜬상태(excited state)는 양자역학(quantum mechanics) 용어로 바닥상태(ground state)를 제외한 모든 에너지 상태를 일컫는다. 바닥상태에 비해서는 에너지 수준이 높기 때문에 불안정한 상태이다.