기체의 선스펙트럼

수소의 방출 스펙트럼은 스펙트럼 선들의 개수로 나뉜다. 물리학에서는 수소의 스펙트럼은 전자와 에너지 레벨 사이의 입자 점프들과 일치한다. 수소원자의 가장 간단한 모델은 보어 모델로 주어진다. 전자가 높은 에너지에서 낮은 에너지로 점프할때 뚜렷한 파장의 광자는 뤼드베리 공식에 의해 방출된다.

(n은 처음에너지 레벨이고 n'는 마지막 에너지 레벨이다. 그리고 R은 뤼드베리 상수)

스펙트럼 선들은 n'을 따라 그룹지어진다. 선들은 묶음의 긴파장/작은 진동수로부터 순차적으로 이름 붙여진다. 각각 그리스 문자로 쓰여진다. 예를들면 2->1 선은 "리만 알파" (Ly-α), 7->3 선은 "파셴 델타" (Pa-δ)로 불린다. 몇몇 수소 스펙트럼 선들은 이 묶음들의 바깥으로 떨어진다. 이 같은 것을 21cm 선이라 하고 매우 희귀한 미세한 흔들림과 같은 사건이다.

전자의 전이
물질을 구성하는 원자가 에너지를 흡수하거나 방출하면 원자핵 주위를 운동하고 있는 전자의 에너지 준위가 바뀐다. 이렇게 전자의 에너지 준위가 바뀌는 것을 전이라고 한다.
에너지의 방출과 흡수
전자가 전이될 때 에너지 차이에 해당하는 빛이 방출되거나 흡수된다. 방출되거나 흡수되는 광자 1개의 에너지 E_광자는 다음과 같다.
E_광자 = hf = hc/λ

기체의 방출 스펙트럼
(1) 방출 스펙트럼
기체를 가열하면 기체 원자들의 전자는 들뜬 상태가 된다. 들뜬 상태의 전자는 자시 원래 궤도로 돌아가게 되고 전자의 전이에 따른 에너지 차이에 의해 원자는 빛은 방출하기 된다. 이때 방출되는 빛의 스펙트럼을 방출 스펙트럼이라고 한다.
이와 같은 방출 스펙트럼은 원자의 에너지 준위가 양자화 되어 있기 때문에 연속적이지 않고 몇 가지 선으로 된 선스펙트럼 형태를 보인다.
(2) 기체의 종류와 스펙트럼
기체의 종류가 다르면 전자 궤도의 에너지 준위 분포가 다르므로 선스펙트럼에서 선의 위치가 다르다. 선스펙트럼의 선의 위치를 분석하면 어떤 기체에서 방출된 빛인지 알 수 있다.

흡수 스펙트럼
백열전구에서 나오는 빛은 온도가 낮은 수소 기체에 통과시키면 검은 선이 있는 스펙트럼이 나타나게 된다. 이를 흡수 스펙트럼이라고 한다. 흡수 스펙트럼에서 검은 선은 수소 기체에서 나오는 방출 스펙트럼의 선과 일치한다.

흡수 스펙트럼의 분석
흡수 스펙트럼의 검은 색 선의 개수와 위치가 통과하는 기체의 선스펙트럼과 일치하는 이유는 기체의 전자가 더 높은 궤도로 오르기 위해 필요한 만큼의 에너지를 지닌 광자만 흡수하기 때문이다. 따라서 따라서 흡수 스펙트럼을 통해 기체의 종류를 알 수도 있다.
다음 그림 중 태양광 흡수 스펙트럼에서 나오는 검은 선은 태양의 대기와 지구의 대기에서 흡수된 광자에 의해 나타난 것으로 태양과 지구의 대기를 분석할 수 있는 자료가 된다.