スペクトルについて

質問

大学の授業でスペクトルをやりました。レポートが出たのですが意味がわかりません。

１,原子はなぜ輝線スペクトルなのか？

２,原子が変わるとスペクトルが変わるのか？

についてです。教えてください。

回答No.2

paddler · ベストアンサー

<<長文になってしまいましたので、最初にお断りを．．．>>

ほとんど単一の波長と言っていいような波長幅の非常に小さい単色光（が１本または複数並んだ）のスペクトルを「輝線スペクトル」と言います。これと対になる言葉が「連続スペクトル」です。

> １,原子はなぜ輝線スペクトルなのか？

の逆が、「分子はなぜ連続スペクトルなのか？」という質問になりますが、例えばこれに対する回答は下記URLなどにありますので、参考に見ておかれるとよいと思います。

さて、本題に戻ると、実はo_tmさんの少し前の質問者に同様の回答をしたので引用しておきます。

<<以下引用>>
吸収スペクトル・発光スペクトルなど、光のスペクトルの横軸は一般に波長（単位はnmが多い。赤外は波長の逆数の波数を使うのが一般）です。波長λの光の振動数（周波数）νは、ν＝ｃ／λ（ｃは光速）となります。この振動数νを持つ光に含まれる光子１個は、ｈν（ｈはプランクの定数）なるエネルギーを持っています。これから分かるように、スペクトルの横軸は「光子のエネルギー」の情報なのです。

分子内の電子が飛び飛びのエネルギー値しか取り得ない（量子化されている）ことは習いましたね。そして何にもしない（熱や光で励起されていない）状態では、各軌道にある電子はその軌道内で最も安定な低い準位（基底状態）にあります。そこに、この基底状態とその一つ上の準位とのエネルギー差に等しいエネルギーを持った光子がやってくるとその光子（のエネルギー）を吸収して電子は一つ上の準位にあがることができます。これが紫外可視域の波長で見られる光の吸収現象です。そのため、照射する光の波長を連続的に変えていくと、各軌道の基底状態とその一つ上の準位とのエネルギー差に一致するエネルギーに対応する波長の光だけが選択的に吸収されるのです。
発光スペクトルや蛍光スペクトルも同様です。これら光子を放出する方は、熱や光照射で励起されて一つ上の準位に上がった電子が基底状態に落ちてくる時に、その差のエネルギーを持つ光子を放出する、という発光現象です。
ポイントは、スペクトルの縦軸である"強度＝光子の数の情報"にあるのではなく、横軸がもつ"波長＝光子のエネルギーの情報"の方にあるのです。
<<引用終わり>>

原子スペクトルでも原理は全く同じで、電子が励起準位から基底準位に落ちる時に差のエネルギーに等しいエネルギー＝波長を持つ光子となって放出されるのが、原子発光スペクトルなのです。そして、原子内の電子状態は、分子軌道内のそれと違って、それぞれの準位のエネルギー値が幅を持たないピュアな構造であるため、遷移間のエネルギー差も幅のない数値（１本ではなく近接した複数本のことはあります）しか取り得ません。そのため放出される光の波長も幅のない単色光となり、輝線スペクトルを示すのです。（ただし、原子スペクトルでもガスの圧力が非常に高くなって原子の密度が高くなると、圧力幅といってスペクトル線の幅が広がって分子線に近づいてきます。）

原子の種類（元素）が違えば、その原子内の電子のバンド構造も違います。だから、励起→基底間のエネルギー差も違ってくるので、元素ごとに固有の輝線スペクトルとなります。

参考URL：

http://www.chemistryquestion.jp/situmon/shitumon_senmon_kagaku24_continuous_spectrum.html

お礼

丁寧に教えていただきありがとうございます。
参考にレポート頑張ります☆

回答No.3

apple-man

高校の物理の教科書がまだ手元にあったら
見てみて下さい。
簡単で分かりやすい説明が載っているはずです。

　バルマー系列、パッシェン系列、ライマン系列
といった言葉を目次で探して見て下さい。

　光の放射、吸収は電子が別の軌道に
移る際に起こる現象なので、電子の
軌道が違えば、つまり原子の種類が違えば
違ってくるんです。

　参考ＵＲＬの下のほうの
「水素原子のエネルギー準位 とスペクトル」
という項目のような感じです。

参考URL：

http://www2.kutl.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld/Part4/P43/Bohr_theory.htm

回答No.1

paddler

すみません、「意味がわかりません」とあるのですが、どの部分の「意味がわからない」のか、もう少し情報をください。

ご質問における「スペクトル」とは、横軸が光の波長で、縦軸が発光強度であるものを指していると考えてよろしいですね？

その上で、

（１）「輝線スペクトル」がどんなものを言っているのかということは、習っている／理解されているでしょうか？

（２）スペクトルの横軸の波長（この場合は発光波長ですね）は原子の何によって決まるのかは習っている／理解されているでしょうか？

補足

情報不足ですみません。
授業では太陽、水素、ネオン、ヘリウム、蛍光灯の原子のスペクトルを見ました。
その上でのレポートです。上記の質問の内容についてわかりません。
(1)の輝線スペクトルの意味は理解しているつもりです。(2)の内容はよく理解していません。
すいません。わかりますか？