36. 다음으로부터 추론한 것으로 옳은 것만을 〈보기〉에서 있는 대로 고른 것은?
20세기 초에 제시된 고전적 원자 모형에 따르면 수소 원자는 원자핵인 양성자와 그 주위를 도는 전자로 이루어져 있으며, 전자는 특정한 반지름을 갖는 궤도에만 위치할 수 있다. 해당 궤도에서 수소 원자의 에너지는 Eₙ ＝ －13.6 eV/n²로 주어진다(단, n은 자연수). 에너지가 가장 낮은 상태(바닥상태)는 n＝1에 해당하고 이때 수소 원자의 에너지 E₁은 －13.6 eV이다.
전자는 한 상태에서 다른 상태로 전이할 수 있으며, 이 전이 과정에서 두 상태의 에너지 차이에 해당하는 에너지를 가진 빛을 흡수하거나 방출한다. 이때 빛의 에너지는 빛의 진동수에 비례하고 파장에 반비례한다. 예를 들면, 수소 원자의 경우 하나의 전자가 n＝2 상태에서 n＝1 상태로 전이할 때 발생하는 빛의 에너지는 10.2 eV이다.
한편, 양자역학에서는 전자의 스핀 등의 효과로 수소 원자의 에너지 상태가 고전적 원자 모형과는 약간 차이가 나게 된다. 여기서 스핀이란 양성자나 전자가 가지는 고유한 성질이며 방향성을 가진다. 양성자의 스핀과 전자의 스핀의 상호작용에 의하여 에너지 상태가 세분화되어 쪼개진 것을 초미세구조라고 한다. 예를 들면, 수소 원자의 바닥상태에서는 양성자와 전자의 스핀이 같은 방향으로 배열된 상태와 반대 방향으로 배열된 상태가 서로 다른 에너지를 가지게 되는데, 두 상태 간 전자의 전이에서 발생하는 빛의 에너지는 약 5.88×10⁻⁶ eV이며, 이 빛의 파장은 21 ㎝이다.
모든 원자는 각각 고유의 에너지 상태를 가지고 있으며, 흡수 또는 방출되는 빛의 파장도 원자마다 서로 다른 고유의 값들을 가지게 된다. 따라서 관측된 빛의 스펙트럼을 분석하면 그 빛을 방출하거나 흡수한 원자의 종류를 파악할 수 있다.
〈보 기〉
ㄱ. 수소 원자의 전자가 n＝2 상태에서 n＝1 상태로 전이할 때 나오는 빛의 파장은, 바닥상태 수소 원자의 초미세구조에 의해 생긴 두 에너지 상태 사이에서 전자가 전이할 때 나오는 빛의 파장보다 짧다.
ㄴ. 고전적 원자 모형에 따르면, 수소 원자의 전자가 n＝3 상태에서 n＝2 상태로 전이할 때 나오는 빛의 에너지는 10.2 eV보다 크다.
ㄷ. 어떤 원자로부터 파장이 21 ㎝인 빛이 관측된다면 그것이 수소 원자임을 알 수 있다.
- ㄱ
- ㄴ
- ㄱ, ㄷ
- ㄴ, ㄷ
- ㄱ, ㄴ, ㄷ