[공학]수소원자의 에너지 준위

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수소원자의 에너지 준위

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전자의 궤도 반지름 :양자 조건을 만족시키면서 원운동하는 전자를 궤도 반지름
이다.
원자의 에너지 준위 : 정상 상태의 전자가 갖는 에너지 값으로, 불연속적인 값을 갖는다.

수소 원자의 스펙트럼
맨처음 발견된 스펙트럼 계열은 가시광선 부분인 Balmer계열이다. 수소 스펙트럼의 자외선 영역과 적외선 영역은 스펙트럼의 다른 계열을 이루는데 자외선 영역의 파장들은 Lyman계열이라 불리우며, 적외선영역의 파장들은 Paschen, Brackett, Pfund 의 세가지 계열로 분류된다.
① m=1 , n=2, 3, 4, …… : 라이먼 계열(자외선 방출)
② m=2 , n=3, 4, 5, …… : 발머 계열(가시광선 방출)
③ m=3 , n=4, 5, 6, …… : 파셴 계열(적외선 방출)
④ m=4 , n=5, 6, 7, …… : 브래킷 계열(적외선 방출)
⑤ m=5 , n=6, 7, 8, …… : 푼트 계열(적외선 방출)

수소원자의 스펙트럼
수소원자에서 허용된 전자의 에너지는 맨 밑에서부터 -13.6, -3.40, -1.51, -0.85, -0.54, -0.38, ... , 0 <eV> 등이다. 이들을 에너지 준위라 하고, 전자가 이들 준위 중에서 한 준위에 있게 되는데, 보통상태의 수소원자는 제일 아래의 준위에 전자가 머무르고 있어 이를 바닥상태라고 한다. 한편 전자가 적절한 에너지를 받게 되면 바닥상태보다 더 높은 준위로 올라가게 되는데 이를 들뜬다라고 하고, 이렇게 된 상태를 들뜬상태라고 한다.
상태사이를 넘나드는데(전자의 전이) 필요한 에너지는 주로 빛(광자)에 의하게 되는데, 높은 상태 낮은 상태로 전자가 내려오는 경우에는 그 차이에 대한 빛이 방출된다.

왼편 그림은 전자가 낮은 상태로 전이하면서 빛을 내는 것을 보여준다. 만일 n=3에서 n=2로 전이한다면 그 에너지 차이인 1.89 eV에 해당하는, 즉 4.58 x 1014 Hz의 진동수, 656 nm 파장을 갖는 붉은 빛의 광자를 방출하게 된다. 한편 빛의 파장이 780 nm 보다 크게 되거나 370 nm 보다 작으면 우리 눈으로 볼 수 없어 각각 적외선, 자외선이라 한다. n=2로 전이하는 경우에는 우리 눈으로 보이는 가시광선이 되어 이 스펙트럼을 발견한 사람의 이름을 따서 발머 계열(Balmer series)라 한다.

참고 자료

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