[화학실험보고서] 수소이야기 - 수소가 어떻게 발견되었는지 재현해 보고, 수소의 반응성, 선스펙트럼 등

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[화학실험보고서] 수소이야기 - 수소가 어떻게 발견되었는지 재현해 보고, 수소의 반응성, 선스펙트럼 등에 대한 보고서 자료입니다.

본문내용

라색 띠는 너무 희미해서 보기가 힘들었다. 다만, 빨간색이 가장 진하게 나타나고, 보라색이 가장 옅게 나타나는 것을 관찰할 수 있었다. 보라색 빛은 가시광선 중 파장이 짧은 빛이다. 빛의 파장과 진동수의 관계는 c=(:빛의 파장, : 빛의 진동수 c: 빛의 속도)로 나타낼 수 있다. 빛의 속도는 일정하므로 파장이 짧은 보라색 빛은 큰 진동수를 가진다. 식 (5)에서 큰 진동수의 빛이 방출되기 위해서는 떨어지는 에너지 준위 차가 커야한다. 가시광선 영역에서 전자가 떨어지는 지점은 n=2인 지점으로 일정하다. 이는 에너지 준위 차가 크기 위해서는 전자가 들뜬 상태로 될 때, 더 바깥쪽 껍질로 이동해야 하는 것을 의미한다. 따라서 전자는 더 많은 에너지를 흡수해야 보라색 빛을 방출할 수 있다. 그러나 일정하게 전기 에너지를 공급하는 방전관에서는 상대적으로 많은 에너지를 가지는 전자가 나올 확률이 적다. 따라서 보라색 빛은 강하게 나타나지 않는 것이다.
보어의 원자모형에서 전자는 원자핵 주위에 일정한 궤도를 돈다. 이러한 궤도가 원자 껍질이다. 원자의 에너지는 이 원자 껍질에 따라 불연속적으로 나타난다. 따라서 에너지 준위의 차에 의하여 전자가 다른 원자 껍질로 이동할 때에는 열을 흡수 또는 방출한다. 본 실험에서 실험C는 이와 같은 원자의 구조적 특성을 이용한 것이다. 에너지 준위가 다른 원자 껍질로 전이할 때, 원자의 에너지 준위가 불연속적이기 때문에 일정한 진동수의 빛만을 방출하게 된다. 따라서 스펙트럼 분석 결과는 선스펙트럼으로 나타난다. 본 실험 결과 나타난 선스펙트럼은 전자들이 안쪽 궤도로(낮은 에너지 준위로) 떨어질 때 방출하는 빛에너지가 표현된 방출 스펙트럼이다.
■수소 원자에 대한 보어 원자 모형의 적용
러더퍼드의 원운동 조건식 에 양자 조건 을 대입하면
...................① 이 된다.
n=1일 때 이므로 으로 쓸 수가 있다.
전자의 운동 에너지 이고, 위치 에너지는 이므로 두 에너지의 합은
.........②이 된다. ①식에 ②식을 대입하면 n번째 궤도에 전
자가 있을 때의 전자의 에너지는
..............③이 된다.
③식에서 n=1인 상태(바닥 상태)의 에너지 준위를 구하면
그러므로 ......... ④로 간단히 나타낼 수 있다.
보어의 진동수 조건을 이용하여 수소의 전자가 En의 에너지 준위에서 Em의 에너지 준위로 궤도를 바꿀 때 흡수하거나 방출하는 빛(광량자)의 파장을 구하면
에서
이 된다.
여기서 를 리드베리 상수 R이라고 생각하면 수소 원자가 방출하는 빛의 스펙트럼을 잘 설명할 수 있다. 　
리튬과 나트륨의 스펙트럼을 관찰할 때에는 불을 붙여서 리튬과 나트륨이 들뜬 상태에 이르도록 한 후에 그것이 다시 바닥상태로 떨어질 때 방출하는 에너지를 분광기로 본 것이다. 원래 리튬은 빨간색, 나트륨은 노란색이 나와야 한다. 불꽃 색깔 역시 리튬은 빨간색, 나트륨은 노란색으로 나왔다. 그런데 스펙트럼에 다른 색깔이 나온 이유는 알콜의 스펙트럼으로 인해 나온 결과일 것이다.

키워드

수소이야기,   원소의 스펙트럼,   러더퍼드의 원운동 조건식