光の波長

質問

元素の発光スペクトルがその元素固有であるのはどのような理由なのですか？

あと、スペクトル線の輝度の強弱は何によって決まるものなのですか？

よくわからないので教えてください。

回答No.1

anthracene · ベストアンサー

質問者さんがどれくらい知識があるのか分かりませんが、大学初級くらいの回答をとりあえずしときます。特に後半に関しては、高校レベルで納得してもらえる回答が思いつきません。

元素の発光スペクトル、と書いてますが、原子のガスを加熱したときの発光スペクトルということでいいですよね？

そもそもなんで光るのか？
加熱したことで、原子の中の電子がエネルギーをもらって、元々いた軌道から、空の軌道に上がります（＝励起されるという）。
この、通常の原子よりもハイエネルギーの原子（励起原子）はそのままでいることはできず、上の軌道に上がった電子は、再び元々入っていた軌道に落ちます。このとき、軌道のエネルギー差に当たる分のエネルギーが邪魔なので、光として外部に放出します。

さて、高校でもボーアの原子模型を習って、軌道のエネルギーはとびとびであることは習うでしょう。
また、高校では習わないかもしれませんが、この軌道のエネルギーは原子によって変わります。細かく言うと、原子番号に応じて変わります。
ですから、数式とかは全部省略してしまいましたけど、軌道のエネルギー、ひいては軌道間のエネルギー差は原子ごとに固有のものとなります。
ですから、その差に対応した光も、また原子ごとに固有のエネルギーを持つ、すなわち固有の波長となります。

後半は量子力学の知識が無いと説明しづらいなぁ・・・

まず一つあるのは、遷移確率というものです。
読んで字のごとく、電子が上の軌道から、元々入っていた軌道に落ちるのが、どれくらい起き易いか、というのを確率として表現したものです（不正確な表現だけど）。
でかい方が、すばやく光を発して落ちます。結果、強い光を出します。
小さいと、なかなか光を出して落っこちることができず、もたもたしているうちに、せっかく持っていた励起エネルギーを、他の原子との衝突で失ったりしてしまいます。要するに、光は弱くなります。

もう一つ、項の多重度というのがあるんだけど・・・
うーん、これは正直、初頭量子力学知らないと説明できないなぁ・・・
なんかいいたとえ話があると良いのですが。

お礼

お礼が遅れてすいません。
やっぱり難しいですね。
もう少し自分でいろいろ勉強したいと思います。
回答ありがとうございました。