수소 스펙트럼-면접자료

수소 기체를 전기 방전시키면 불연속적인 스펙트럼이 나타난다. 오른쪽 그림은 수소의 선스펙트럼 중 라이먼계열(자외선 영역), 발머계열(가시광선 영역) 그리고 파셴계열(적외선 영역)을 나타낸 것이다. 그림을 잘 보고 다음 물음에 답하여라.

 

1) 보어의 원자모형에 대해 설명해보라.

 

2) 수소 스펙트럼을 통해 예견되는 전자의 에너지 준위 분포를 제대로 나타낸 그림은 다음 중 어느 것인가?

 

3) 수소 원자의 바닥상태의 에너지는 -13.6eV이다. 즉 바닥상태에 있는 전자를 떼어내려면 13.6eV의 에너지가 필요함을 의미한다. 이 에너지에 해당하는 빛은 위 스펙트럼의 (a) ∼ (e) 중 어느 것인가? 그 이유는 무엇인가?

 

 

 

해설 및 모범답안

1) 보어의 원자 모형에 따르면 원자핵 주위를 전자들이 원운동하고 있으며 이때 전자는 양자화 가설을 만족하는 특     정한 궤도에서만 존재할 수 있다. 이러한 특정한 궤도를 에너지 준위라 하는데 특정한 에너지 준위에 있을 때 전자는 전자기파를 방출하지 않고, 다만 다른 궤도로 옮길 때 두 궤도의 에너지 차이만큼의 전자기파(광자)를 흡수 또는 방출한다.

2) 수소 원자의 스펙트럼에서 라이먼계열은 전자가 수소 원자의 가장 낮은 에너지 준위로 전이할 때 방출하는 빛이 고 발머 계열은 두번째로 낮은 에너지 준위로 전이할 때 방출하는 빛을 나타낸다. 

스펙트럼에서 라이먼계열의 가장 낮은 에너지(가장 긴 파장)도 발머계열의 가장 높은 에너지(가장 짧은 파장)보다 큼을 알 수 있다. 즉 두번째 궤도와 첫번째 궤도의 에너지 차이(라이먼계열에서 가장 에너지가 낮은 빛이 방출되는 경우)가 원자의 외부와 두번째 궤도의 에너지 차이(발머계열에서 가장 에너지가 높은 빛이 방출하는 경우)보다도 더 큼을 의미한다. 즉 아래쪽 그림과 같은 에너지 분포가 되어야 한다.

 

발머계열과 파셴계열의 관계도 마찬가지가 되어‘두번째-세번째'의 간격이 '세번째-외부'보다 더 크다. 결국 전체 에너지 준위의 분포는 (ㄷ)과 같이 될 것이다.

3) 라이먼계열에서 가장 높은 에너지의 빛이 방출하는 경우는 전자가 외부에서 바닥상태(첫번째 준위)로 전이하는 경우이며 이때 빛의 파장은 라이먼계열에서(또는 전체 스펙트럼에서) 가장 짧은 값을 갖는다. 즉 정답은 (a)이다.

  

 

출처 : 과학동아