主な違い – 吸収スペクトルと放出スペクトル
原子の構造は、原子核と呼ばれる中心核と、原子核の周りにある電子の雲で構成されています。
現代の原子論では、これらの電子は、殻や軌道と呼ばれる特定のエネルギー準位に位置し、そのエネルギーは量子化されているとされています。
原子核に最も近い殻が最も低いエネルギーを持っていることが知られている。
原子に外部からエネルギーが与えられると、電子はある殻から別の殻に飛び移ります。
この動きを利用して、吸収スペクトルと発光スペクトルを得ることができる。
吸収スペクトルも発光スペクトルも線スペクトルです。
吸収スペクトルと発光スペクトルの主な違いは、吸収スペクトルでは黒い色の隙間や線が見えるのに対し、発光スペクトルではスペクトルの中に異なる色の線が見えることである。
吸収スペクトルとは
吸収スペクトルは、電磁波を物質に透過させて得られるスペクトルと定義することができる。
吸収スペクトルの特徴は、スペクトル上に暗線を示すことである。
吸収スペクトルは、物質中に存在する原子によって光子が吸収された結果です。
物質に白色光などの電磁波源を照射すると、吸収スペクトルを得ることができる。
光子のエネルギーが2つのエネルギー準位の間のエネルギーと同じである場合、光子のエネルギーは低いエネルギー準位の電子に吸収される。
この吸収により、その特定の電子のエネルギーが増加する。
すると、その電子のエネルギーは高くなる。
したがって、より高いエネルギー準位に飛びます。
しかし、光子のエネルギーが2つのエネルギー準位のエネルギー差に等しくない場合、光子は吸収されようとしない。
そこで、放射線を物質に透過させると、吸収されなかった光子に対応する色のついた帯が得られ、暗い線は吸収された光子を示します。
光子のエネルギーは次のように与えられます。
E = hc / λ
ここで、E – 光子のエネルギー (Jmol-1) c – 放射線の速度 (ms-1)
h – プランク定数(Js) λ – 波長(m)
したがって、エネルギーは電磁波の波長に反比例します。
光源の連続スペクトルが電磁波の波長域として与えられるので、不足する波長を求めることができる。
また、ここから原子のエネルギー準位とその位置も求めることができる。
このことは、吸収スペクトルが特定の原子に固有のものであることを示している。
エミッション・スペクトルとは
発光スペクトルとは、物質が放出する電磁波のスペクトルと定義することができます。
原子は、励起状態から安定状態になるときに電磁波を放出する。
励起状態の原子は高いエネルギーを持っています。
安定状態になるためには、原子はより低いエネルギー状態になる必要があります。
そのエネルギーは光子として放出されます。
この光子の集まりが、発光スペクトルと呼ばれるものです。
発光スペクトルは、放出された光子が連続スペクトルの特定の波長に対応するため、スペクトルに色のついた線や帯が見えます。
したがって、連続スペクトルの中のその波長の色が発光スペクトルで示される。
発光スペクトルは、その物質に固有のものです。
これは、発光スペクトルが吸収スペクトルのちょうど逆数であるためです。
図2: ヘリウムの発光スペクトル
吸収スペクトルと発光スペクトルの違い
定義
吸収スペクトル：吸収スペクトルは、電磁波を物質に透過させて得られるスペクトルと定義することができる。
発光スペクトル：物質から放射される電磁波のスペクトル。
エネルギー消費量
吸収スペクトル：原子がエネルギーを吸収するときに、吸収スペクトルが生成される。
発光スペクトル：原子がエネルギーを放出するときに出るスペクトル。
外観
吸収スペクトル：吸収スペクトルは暗い線または隙間を示す。
発光スペクトル：発光スペクトルには色付きの線が見える。
原子のエネルギー
吸収スペクトル：原子が高いエネルギー準位にあるとき、その原子は吸収スペクトルを示す。
発光スペクトル：励起された原子が、より低いエネルギー準位を得たときに、発光スペクトルを示す。
波長
吸収スペクトル: 物質が吸収する波長を表す。
発光スペクトル：物質が発する波長を表す。
概要
線スペクトルは、特定の物質に固有のスペクトルであるため、未知物質の判定に非常に有効です。
スペクトルの種類には大きく分けて、連続スペクトル、吸収スペクトル、発光スペクトルがあります。
吸収スペクトルと発光スペクトルの主な違いは、吸収スペクトルが黒い色の隙間や線を示すのに対して、発光スペクトルは異なる色の線を示すことである。
