演習 電子のエネルギー準位とスペクトル
※ 原子の構造は、どの様に調べられたのだろうか
水素を入れた放電管から出る光を分光した線スペクトルがとびとびになることについて、
バルマーは、これらに規則性があることを見いだした。
一方、ボーアはこの規則性と光量子仮説などの理論からエネルギー準位・量子条件・振動数
条件を導入して原子の構造を理論的に説明し、実験事実と一致させた。
水素原子のエネルギー準位
n=1( )eV E１
バルマー系列の波長6.56×10−７mのスペクトルは、エネルギー準位n=3からn=2に移るとき、
エネルギーが光として放射されるものであると言う。これを確かめてみよう。
準位E３からＥ２へと移るのであるから
1eV＝1.6×10−１９Ｊ
放射されるエネルギーＥ＝（ ）−（ ）＝（ ）eV＝（ ）Ｊ
同様に、波長4.86*10−７mのスペクトルは、エネルギー準位n=4からn=2に移るとき、エネルギーが
光として放射されるものである。これを確かめてみよう。
準位E４からＥ２へと移るのであるから
放射されるエネルギーＥ＝（ ）−（ ）＝（ ）eV＝（ ）Ｊ
求めた結果と左のスペクトル図と比較してみよう。
このように、光のスペクトルがとびとびになることを原子中の電子のエネルギー準位と
いう形で見事に説明した。
［研究１］エネルギー準位を移るとき、放射されるエネルギー量が多いほど光の波長はど
うなると考えられるか
［研究２］エネルギー準位ｎ＝１に落ち込む場合、放射される光は、赤外線か可視光かま
たは紫外線のいずれになるか
［研究３］スペクトルがとびとびになる理由をまとめてみよう。
年 組 番 氏名
教 電子のエネルギー準位とスペクトル
※ 原子の構造は、どの様に調べられたのだろうか
水素を入れた放電管から出る光を分光した線スペクトルがとびとびになることについて、バルマーは、
これらに規則性があることを見いだした。
一方、ボーアはこの規則性と光量子仮説などの理論からエネルギー準位・量子条件・振動数
条件を導入して原子の構造を理論的に説明し、実験事実と一致させた。
n=1(-13.6)eV E１
バルマー系列の波長6.56×10−７mのスペクトルは、エネルギー準位n=3からn=2に移るとき、
エネルギーが光として放射されるものであると言う。これを確かめてみよう。
準位E３からＥ２へと移るのであるから
1eV＝1.6Ｊ
放射されるエネルギーＥ＝（-1.5）−（-3.4）＝（1.9）eV＝（3.04×10−１９ ）Ｊ
同様に、波長4.86*10−７mのスペクトルは、エネルギー準位n=4からn=2に移るとき、
エネルギーが光として放射されるものである。これを確かめてみよう。
準位E４からＥ２へと移るのであるから
放射されるエネルギーＥ＝（-0.85）−（-3.4）＝（2.55）eV＝（4.08×10−１９ ）Ｊ
求めた結果と左のスペクトル図と比較してみよう。
このように、光のスペクトルがとびとびになることを原子中の電子のエネルギー準位という
形で見事に説明した。
［研究１］エネルギー準位を移るとき、放射されるエネルギー量が多いほど光の波長はど
うなると考えられるか
波長は短くなる
［研究２］エネルギー準位ｎ＝１に落ち込む場合、放射される光は、赤外線か可視光かま
たは紫外線のいずれになるか
放射されるエネルギー量は格段に大きく、波長は短くなる。従って紫外線の領
域となる。
［研究３］スペクトルがとびとびになる理由をまとめてみよう。
エネルギー準位の移動によりエネルギーが放射されるため、その量は連続した
値をとらない。
年 組 番 氏名
