スペクトル

太陽の光をプリズムで分光すると、赤、緑、青などの色が現れます。 1814年、ドイツの光学技師だったフラウンホーファーは、太陽スペクトルに600本の暗線を見つけた ^{1 )} 。 フラウンホーファーは、レンズの欠陥と思いガラスや研磨方法を工夫したが、改善しなかった。 この暗線は、原子の吸収によるもので、元素ごとにパターンが違った。 元素の指紋のようなものだ。 ここから分光器による元素分析が発展し、いくつかの新しい元素の発見につながった。

© K.Tachibana ^* , C1 Lab.

鉄の 融点は１５００度。 近代製鉄では、 その 温度を光の 色から正確に測ろうとします。 量子力学の誕生です。

ロウソクは、熱エネルギーで煤を高温にして、黒体放射で光エネルギーに エネルギー変換します。 白熱電球は、タングステンフィラメントで、電気エネルギーでを熱エネルギーに変換し、 高温のフィラメントから黒体放射で、光エネルギーに エネルギー変換します。

物体からは、熱や光となって 放射 します ^{2 )} 。 黒体からの放射エネルギーは、ある波長で極大があり、その極大波長は、物体の温度が高くなると短い方へずれる ^{3 )} 。

放電管に 水素をわずかに入れ（ガイスラー管程度、低真空＝10−3 atm（100 Pa））放電すると、水素分子は、水素原子（プロトン）と電子に電離したプラズマとなり、 水素原子特有の光を発します。 これを分光器で分光すると、 赤と シアンの 線スペクトルが観察されます。 これは、水素原子の中の電子が、とびとびのエネルギーしか許されないことを表しています。 このとびとびをエネルギー準位と言い、それぞれのエネルギー準位で電子が存在しうる場所を、原子軌道（ＡＯ）と言います。

ふたつの水素原子が結合すると（共有結合）、水素分子となります。原子軌道とは、別の軌道が新たに生まれます。その軌道を分子軌道（ＭＯ）と言います。 たとえば、s軌道から生まれた分子軌道はσ軌道と言い、p軌道から生まれた分子軌道はπ軌道と言います。

たくさんのナトリウム原子が結合すると（ 金属結合）、ナトリウム金属（固体結晶）となります。 原子軌道とは、別に生まれた軌道は、たくさんあり、それらを総称してバンド（帯）と呼びます。 固体全体につながっているバンドにも電子が存在し、それらを自由電子と言います。

たくさんのナトリウムイオンと塩素イオンが結合すると（ イオン結合）、塩化ナトリウム（固体結晶）となります。 原子軌道とは、別に生まれた軌道は、たくさんあり、それらを総称してバンド（帯）と呼びます。 固体全体につながっているバンドには電子がは存在しません。 電子が存在するバンドと固体全体につながっているバンドのエネルギーの差をバンドギャップと言います。

◇ 参考文献