방출 스펙트럼이란 무엇입니까?
방출 스펙트럼은 물질이 방출하는 가시광 선과 같은 전자기 방사선 (EMR)입니다. 모든 요소는 고유 한 빛 지문을 제공하므로이 빛의 주파수를 분석하면 빛을 생성 한 화학 물질을 식별하는 데 도움이됩니다. 이 절차를 방출 분광법 이라고하며 매우 유용한 과학 도구입니다. 천문학에서 별과 화학 분석에 존재하는 원소를 연구하는 데 사용됩니다.
전자기 방사선은 파장, 파동의 크레스트 사이의 거리 또는 주파수, 주어진 시간 동안 지나가는 크레스트의 수로 설명 할 수 있습니다. 방사선 에너지가 높을수록 파장은 짧아지고 주파수는 높아집니다. 예를 들어, 청색광은 적색광보다 높은 에너지와 높은 주파수 및 짧은 파장을 갖는다.
스펙트럼의 종류
방출 스펙트럼에는 두 가지 유형이 있습니다. 연속 유형에는 간격없이 서로 병합되는 많은 주파수가 포함되어 있지만 라인 유형에는 몇 가지 다른 주파수 만 포함되어 있습니다. 뜨거운 물체는 연속 스펙트럼을 생성하는 반면, 가스는 에너지를 흡수 한 다음 특정 파장에서 방출하여 방출 선 스펙트럼을 형성 할 수 있습니다. 각 화학 원소에는 고유 한 일련의 선이 있습니다.
연속 스펙트럼 생성 방법
상대적으로 조밀 한 물질은 충분히 뜨거워지면 모든 파장에서 빛을 방출합니다. 원자들은 상대적으로 서로 가깝고 에너지를 얻음에 따라 더 많이 움직이고 서로 충돌하여 넓은 범위의 에너지를 얻습니다. 따라서 스펙트럼은 매우 광범위한 주파수에서 EMR로 구성됩니다. 다른 주파수에서 방사선의 양은 온도에 따라 다릅니다. 화염으로 가열 된 철못은 온도가 증가함에 따라 빨강에서 노랑으로 흰색으로 갈수록 단파장에서 점점 더 많은 양의 방사선을 방출합니다.
무지개는 태양에 의해 생성 된 연속 스펙트럼의 예입니다. 물방울은 프리즘으로 작용하여 태양 광을 다양한 파장으로 나눕니다.
연속 스펙트럼은 물체의 온도가 아닌 물체의 온도에 의해 결정됩니다. 실제로 색상은 온도와 관련하여 설명 할 수 있습니다. 천문학에서 별의 색은 온도를 나타내며 파란색 별은 빨간색보다 훨씬 뜨겁습니다.
요소가 방출 라인 스펙트럼을 생성하는 방법
라인 스펙트럼은 가스 또는 플라즈마에 의해 생성되는데, 여기서 원자는 서로 직접적인 영향을 미치지 않을만큼 충분히 떨어져 있습니다. 원자의 전자는 다른 에너지 수준으로 존재할 수 있습니다. 원자의 모든 전자가 가장 낮은 에너지 수준에있을 때 원자는 접지 상태 에 있다고합니다. 에너지를 흡수함에 따라 전자는 더 높은 에너지 수준으로 점프 할 수 있습니다. 그러나 조만간 전자는 가장 낮은 수준으로 돌아오고 원자는지면 상태로 돌아와서 전자기 방사선으로 에너지를 방출합니다.
EMR의 에너지는 전자의 더 높은 상태와 더 낮은 상태 사이의 에너지 차이에 해당합니다. 전자가 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 떨어질 때, 점프의 크기는 방출되는 방사선의 주파수를 결정합니다. 예를 들어, 푸른 빛은 붉은 빛보다 에너지가 더 많이 떨어졌음을 나타냅니다.
각 원소는 전자 배열과 가능한 에너지 레벨을 가지고 있습니다. 전자가 특정 주파수의 방사선을 흡수하면 나중에 동일한 주파수에서 방사선을 방출합니다. 흡수 된 방사선의 파장이 에너지 레벨의 초기 점프를 결정하므로 결국 접지 상태로 되돌아갑니다. 이로부터 임의의 주어진 원소의 원자는 특정 특정 파장에서만 방사선을 방출 할 수 있으며, 그 원소에 고유 한 패턴을 형성한다.
스펙트럼 관찰
분광기 또는 분광계로 알려진 기기가 방출 스펙트럼을 관찰하는 데 사용됩니다. 프리즘 또는 회절 격자를 사용하여 빛, 때로는 다른 형태의 EMR을 다른 주파수로 나눕니다. 이것은 광원에 따라 연속 또는 라인 스펙트럼을 제공 할 수 있습니다.
선 방출 스펙트럼은 어두운 배경에서 일련의 컬러 선으로 나타납니다. 스펙트로 스코피 스트는 선의 위치를 확인하여 광원에 어떤 요소가 있는지 알아낼 수 있습니다. 가장 간단한 원소 인 수소의 방출 스펙트럼은 가시광 선의 빨강, 파랑 및 보라색 범위의 일련의 선으로 구성됩니다. 다른 요소에는 종종 더 복잡한 스펙트럼이 있습니다.
화염 테스트
일부 요소는 주로 하나의 색상으로 만 빛을 방출합니다. 이 경우 불꽃 테스트 를 수행하여 샘플의 요소를 식별 할 수 있습니다. 여기에는 시료를 불꽃으로 가열하여 고유 한 주파수에서 기화 및 방사를 일으키고 불꽃에 선명하게 보이는 색상을 제공합니다. 예를 들어 나트륨 성분은 강한 노란색을냅니다. 이러한 방식으로 많은 요소를 쉽게 식별 할 수 있습니다.
분자 스펙트럼
또한 전체 분자는 방출 스펙트럼을 생성 할 수 있으며, 이는 진동 또는 회전 방식의 변화로 인해 발생합니다. 이들은 더 낮은 에너지를 수반하며 스펙트럼의 적외선 부분에서 방출을 일으키는 경향이 있습니다. 천문학 자들은 적외선 분광법을 통해 우주에서 다양한 흥미로운 분자를 확인했으며이 기술은 종종 유기 화학에 사용됩니다.
흡수 스펙트럼
방출 스펙트럼과 흡수 스펙트럼을 구별하는 것이 중요합니다. 흡수 스펙트럼에서, 일부 파장의 빛은 가스를 통과 할 때 흡수되어 연속적인 배경에 대해 어두운 선 패턴을 형성합니다. 원소는 방출하는 것과 동일한 파장을 흡수하므로이를 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 금성의 대기를 통과하는 태양의 빛은 과학자들이 지구 대기의 구성을 결정할 수있는 흡수 스펙트럼을 생성합니다.