Atomic Emission Spectra

原子の電子は原子のエネルギーをできるだけ低くするように配置する傾向があります。 原子の基底状態とは、原子の中で最もエネルギーの低い状態のことです。 その原子にエネルギーが与えられると、電子はそのエネルギーを吸収してより高いエネルギー準位に移動する。 この原子の電子のエネルギー準位は量子化されており、この場合も電子は連続的にではなく、あるエネルギー準位から別のエネルギー準位へと離散的に移動しなければならないことを意味する。 原子の励起状態とは、原子の位置エネルギーが基底状態よりも高い状態のことである。 励起状態にある原子は安定ではない。 基底状態に戻ると、それまで得ていたエネルギーを電磁波として放出する。 1つの方法は、低圧で封入した気体のサンプルに電流を流すことです。 電子のエネルギー準位は元素ごとに異なるので、ガス放電管はガスの種類によって独特の色で光ります（下図参照）。 放電管は密閉されたガラス管に低圧のガスを封入し、電流を流したものである。 ガス中の原子の電子はいったん励起され、その後低いエネルギー準位に落ち、その過程で独特の色の光を放つ。 ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの放電管です。

ネオンサインは、身近なガス放電管の例です。 しかし、ネオンが充填されているのは、図のような赤オレンジ色に光る看板だけである。

科学者たちは、水素ガスによるガス放電の特徴であるピンク色を研究しました。

科学者たちは、水素ガスが発する独特のピンク色の放電光を研究し、その細い光をプリズムで見ると、波長（と周波数）が非常に特定された4つの線に分離されることを発見しました。 原子発光スペクトルとは、光をプリズムに通して、含まれる光の周波数ごとに分離したときにできる線のパターンである。 下図は水素の発光スペクトルを示しています。 水素ガス放電管からの光をプリズムに通すと、4つの可視光線に分かれる。 このスペクトル線はそれぞれ、高いエネルギー状態から低いエネルギー状態への異なる電子遷移に対応している。 ヘリウムのΓΓΓ、鉄のΓΓのように、どの元素にも固有の原子発光スペクトルがあるのである。 古典物理学によれば、基底状態の原子は、離散的な量だけでなく、任意の量のエネルギーを吸収することができるはずである。 同様に、原子がリラックスして低いエネルギー状態に戻ると、任意の量のエネルギーが放出される可能性がある。 そうすると、すべての波長と周波数が表現された、いわゆる連続スペクトルになる。 プリズムを通して見る白色光や虹は、連続スペクトルの例である。 原子の発光スペクトルは、光が量子化されていることをさらに証明し、量子論に基づく新しい原子のモデルにつながった

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