선스펙트럼

요약 하나 또는 몇 개의 특정한 파장만 포함하는 빛의 스펙트럼. 분광기나 프리즘을 통해서 볼 때 하나 또는 몇 개의 선으로 보인다. 원소에 따라 방출하는 빛의 파장이 다른 점을 이용하여 스펙트럼으로 원소를 구분할 수 있다.

여러 가지 스펙트럼

나트륨을 연소할 때 나오는 빛을 분광기로 관찰하면 노란색의 선이 나타난다. 이는 백열전구의 빛을 분광기로 관찰할 때 나타나는 연속스펙트럼과는 다르며, 이를 이용하여 물질의 성분을 알아낼 수 있다. 예를 들어 유리를 가열할 때 나오는 노란색 선스펙트럼의 파장을 바탕으로 유리에 나트륨이 포함되었음을 알 수 있다. 그리고 리튬과 스트론튬의 불꽃반응 색은 둘 다 빨간색이지만 분광기로 살펴보면 빨간색 영역의 다른 파장에서 선스펙트럼이 나타나므로 둘을 구분할 수 있다.

원자스펙트럼

원자에서 방출되는 빛이 선스펙트럼을 가지는 이유는 원자에 포함된 전자가 가질 수 있는 에너지가 불연속적이기 때문이다. 전자가 연속적으로 모든 에너지를 가질 수 있다면 원자에서 나오는 빛 또한 연속스펙트럼을 가질 것이다.

가장 간단한 예로 수소 원자를 들어보자. 수소의 전자가 가질 수 있는 에너지준위는 올라갈수록 높이의 차이가 점점 작아지는 계단처럼 되어 있다. 이를 전자껍질 모형으로 설명하면 수소 원자의 전자는 특정에너지를 가지는 껍질에만 존재한다고 할 수 있다. 그리고 전자가 에너지를 받으면 원래 있던 껍질보다 높은 에너지를 가지는 껍질로 올라갔다가 다시 에너지를 방출하면서 원래의 껍질로 내려온다.

따라서 수소 원자에서 방출되는 빛은 전자껍질 사이의 에너지 차이만큼의 에너지만 가지고, 방출스펙트럼은 특정 파장의 선스펙트럼으로 이루어진다.

수소 외의 다른 원소에서 원자의 전자 배치는 각각 고유한 모양을 가진다. 따라서 특정 원자가 방출하는 빛은 그 원자의 전자껍질의 에너지 차이에 해당하는 고유의 선스펙트럼을 가진다. 이러한 선스펙트럼의 파장과 밝기 등이 원소에 따라 다른 것을 이용해 물질의 성분분석이 가능하다.

분자스펙트럼

분자스펙트럼은 마치 연속스펙트럼처럼 펼쳐져 나타난다. 하지만 스펙트럼을 확대해 보면 여러 개의 선스펙트럼이 겹쳐서 이루어진 것을 알 수 있다. 이는 분자 내부에 여러 개의 다른 원자가 있고, 원자 사이의 결합, 원자의 배치 등이 전자의 에너지준위에 영향을 주기 때문이다. 이런 스펙트럼을 띠스펙트럼이라 한다.