エネルギー準位(じゅんい)と発光(はっこう)・吸収(きゅうしゅう)スペクトル

電子(でんし)が高(たか)いエネルギー準位(じゅんい)$E_n$から低(ひく)いエネルギー準位(じゅんい)$E_m$へ落(お)ちるとき、振動数(しんどうすう)条件(じょうけん)（新しいタブで開きます）$h\nu=E_n-E_m$を満(み)たすエネルギーの光子(こうし)が放出(ほうしゅつ)される。これが発光(はっこう)で、放出(ほうしゅつ)された光(ひかり)を分光(ぶんこう)すると、決(き)まった波長(はちょう)に輝線(きせん)が現(あらわ)れる。これを発光(はっこう)スペクトルという。

逆(ぎゃく)に、ちょうど$h\nu=E_n-E_m$を満(み)たすエネルギーの光(ひかり)が原子(げんし)に当(あ)たると、電子(でんし)はその光子(こうし)を吸収(きゅうしゅう)して、低(ひく)い準位(じゅんい)から高(たか)い準位(じゅんい)へ移(うつ)ることができる。さまざまな波長(はちょう)を含(ふく)む連続光(れんぞくこう)を、低温(ていおん)の原子(げんし)の気体(きたい)に通(とお)すと、吸収(きゅうしゅう)された波長(はちょう)の光(ひかり)だけが弱(よわ)くなり、連続(れんぞく)スペクトル（新しいタブで開きます）の中(なか)に暗線(あんせん)（吸収(きゅうしゅう)線(せん)）として現(あらわ)れる（吸収(きゅうしゅう)スペクトル）。

発光(はっこう)と吸収(きゅうしゅう)のどちらも、使(つか)われる2つのエネルギー準位(じゅんい)の組(く)み合(あ)わせで決(き)まるので、同(おな)じ原子(げんし)であれば、発光(はっこう)スペクトルの輝線(きせん)と吸収(きゅうしゅう)スペクトルの暗線(あんせん)は、まったく同(おな)じ波長(はちょう)に現(あらわ)れる。

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水素(すいそ)原子(げんし)（新しいタブで開きます）のエネルギー準位(じゅんい)En＝－13.6/n²eVを使(つか)うと、n＝3からn＝2へ電子(でんし)が落(お)ちるときに放出(ほうしゅつ)される光子(こうし)のエネルギーは、E₃＝－1.51eV、E₂＝－3.4eVより、hν＝E₃－E₂＝－1.51－（－3.4）＝1.89eV。光子(こうし)のエネルギーと波長(はちょう)の関係(かんけい)hν＝hc/λに、hc≒1240eV・nmを使(つか)うと、λ＝1240/1.89≒656.1nm（赤色(あかいろ)）。これは前(まえ)のページのリュードベリの式(しき)で求(もと)めたHα線(あるふぁせん)の波長(はちょう)（656.3nm）とほぼ一致(いっち)する。

例題(れいだい)：n＝4からn＝2へ電子(でんし)が落(お)ちるときに放出(ほうしゅつ)される光(ひかり)の波長(はちょう)はいくらか。E₄＝－0.85eVより、hν＝E₄－E₂＝－0.85－（－3.4）＝2.55eV。λ＝1240/2.55≒486.3nm。これはHβ線(べーたせん)の波長(はちょう)とよく合(あ)う。

太陽(たいよう)の光(ひかり)をプリズムなどで細(こま)かく分光(ぶんこう)すると、連続(れんぞく)スペクトルの中(なか)に多数(たすう)の暗線(あんせん)（フラウンホーファー線(せん)）が見(み)える。これは、太陽(たいよう)の表面(ひょうめん)から出(で)た連続光(れんぞくこう)が、太陽(たいよう)をとりまく低温(ていおん)のガス（大気(たいき)）を通(とお)る間(あいだ)に、ガスに含(ふく)まれる元素(げんそ)ごとに決(き)まった波長(はちょう)の光(ひかり)だけが吸収(きゅうしゅう)されるからだ。

暗線(あんせん)の波長(はちょう)を、実験(じっけん)室(しつ)で測(はか)った各(かく)元素(げんそ)の発光(はっこう)スペクトルの輝線(きせん)の波長(はちょう)と照(て)らし合(あ)わせることで、太陽(たいよう)や遠(とお)くの星(ほし)にどんな元素(げんそ)が含(ふく)まれているかを知(し)ることができる。発光(はっこう)スペクトルと吸収(きゅうしゅう)スペクトルが同(おな)じ波長(はちょう)に現(あらわ)れるという性質(せいしつ)は、直接(ちょくせつ)手(て)に取(と)ることのできない天体(てんたい)の組成(そせい)を調(しら)べる手段(しゅだん)として使(つか)われている。

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