ボーア模型とスペクトル線

モデルモードでは、原子が2つの方法で並べて表示されます：K、L、M… 殻をもつボーア模型と、副殻（s、p、d）ごとのエネルギーのはしごです。電子が高い準位から低い準位へ遷移すると、光子を1個出します。その色は準位間のエネルギー差で決まります。実験モードでは、放電管の光がスリットとプリズムを通り、写真乾板の上にその元素のスペクトル線をつくります：原子ごとに違う、光の「バーコード」です。吸収スペクトルでは、白色光が原子を通り抜けます（実験では、ランプが放電なしで管の中の気体を照らします）：原子は基底準位からの遷移のエネルギーとちょうど同じ色だけを吸収し、それが暗線になります。そのため、吸収スペクトルの線は発光スペクトルより少なくなります。水素やヘリウムなど多くの気体は紫外線しか吸収しません：可視光だけを写す写真乾板には暗線が現れません。 組み立てモードでは、陽子・中性子・電子をドラッグして（または周期表で元素を選んで）原子を組み立てます。オガネソン（Z = 118）まで、マーデルング則による配置です：陽子の数が元素を決め、電子の過不足でイオンになり、中性子は質量を変えます（同位体）。原子が中性のとき、「スペクトルを見る」ボタンでその元素のモデルモードに移ります（シミュレーターには中性原子の線しかありません）。

エネルギー準位とスペクトル線は測定値で、NIST の原子スペクトルデータベースから取ったものです。各線の色は2つの準位のエネルギー差 $\lambda = hc/\Delta E$ で決まります。ボーア模型がこれらの値を正確に与えるのは水素だけです（$E_n = -13{,}6/n^2$ eV）。ほかの原子では、殻の半径はイメージにすぎません。とても近い線は1本に見えます。吸収では、各遷移が吸収する確率は NIST のアインシュタイン係数から計算した振動子強度によります。シミュレーションの白色光は、線が数秒で現れるように、これらの遷移のエネルギーで本物のランプより多くの光子を出します。

Marco P. M. de Souza