일반화학실험 | 원소의 스펙트럼

 

 

 

TIP

 

 

1. 여러 원소의 방출 스펙트럼을 관찰하는 것이다.
2. 원소의 선스펙트럼에서 원자의 전자상태의 양자화와 분광학의 원리를 배운다.

 

 

 

원자의 방출 스펙트럼

원자나 분자 또는 그 집합체가 높은 에너지준위로부터 낮은 에너지준위로 전이할 때 방출하는 전자기파 스펙트럼으로 흡수스펙트럼과 구별하기 위하여 이렇게 부르며, 발광스펙트럼 또는 복사스펙트럼이라고도 한다. 원자마다 양자화 된 일정한 에너지 값을 가지므로 에너지 차이로 생기는 전자기파의 값이 원자마다 다르게 나타나게 된다.

 

 

뤼드베리 상수(Rydberg constant)

요하네스 로베르트 뤼드베리(19세기～20세기)는 스웨덴의 물리학자이다. 이 물리학자는 수소 원자가 방출하는 광자의 파장을 예측하는 뤼드베리 공식으로 유명하다. 뤼드베리 공식이란 수소원자가 방출하는 스펙트럼 계열의 하나인 발머계열을 이용하여 수소 원자스펙트럼의 모든 파장을 정확히 설명할 수 있도록 일반화한 식이다.

 

기체상태의 원소를 전기아크로 방전시키면 빛이 발생하고 이것을 프리즘에 통과시키면 불연속적인 선스펙트럼을 만든다. 이 같은 현상을 이용하여 1885년 요한 야콥 발머는 수소를 방전시켜 가시광선 영역의 선스펙트럼을 얻었다. 이 스펙트럼을 발머계열이라 하는데, 발머는 다음과 같은 실험식으로 진동수를 나타내었다.

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실험 방법

실험 A. 수소와 헬륨의 선스펙트럼

1) 수소 튜브를 전극 사이에 넣은 방전관을 115V 전원에 연결한 후 스위치를 켜면 특이한 색이 나타난다.

 

2) 15㎝ × 15㎝ 정도의 회절발 필름을 기체 방전관에서 0.5～1m 정도 되는 위치에서 회절발의 선의 방향이 방전관과 평행이 되도록 양손으로 잡는다.

 

3) 헬륨 방전관을 사용해서 위의 실험을 반복한다.

 

4) 가능하면 중수소의 스펙트럼도 관찰해보고 수소와 비교해보는 것도 좋다.

 

실험 B. 나트륨과 칼륨의 선스펙트럼 관찰

1) 알코올 램프 3개를 준비하고, 그 중 2개의 램프에는 NaCl과 KCl 을 묽게 녹인 수용액을 약주걱이나 성냥알을 이용해서 알코올 램프의 심지에 묻힌다. 알코올 램프에 사용하는 알코올에 미리 염을 녹여도 된다.

 

2) 알코올 램프에 불을 켜고 분광기로 나트륨과 리튬에서 방출되는 노란색과 빨간색의 방출 스펙트럼을 관찰한다.

 

3) 나머지 알코올 램프를 이용해서 NaCl과 KCl를 모두 녹인 혼합물 수용액에서 방출되는 스펙트럼을 관찰한다.

 

 

 

[일반화학실험]원소의 스펙트럼 레포트