#3 선 스펙트럼의 생성 원리

문제 1 · OX 문제

전자가 원자핵에서 멀리 있는 곳으로 갈수록 전자가 갖는 에너지 준위는 낮아진다.

정답: X

전자는 원자핵이라는 안정적인 1층 바닥에서 멀리 떨어진 10층, 20층 펜트하우스로 올라갈수록 더 많은 에너지를 꽉 채워 가져야 버틸 수 있어요! 불안정한 높은 궤도로 갈수록 에너지가 넘치는 상태이므로 에너지 준위는 '높아진다'고 해야 정답이랍니다.

문제 2 · OX 문제

전자가 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 점프할 때는 외부에서 빛을 흡수해야 한다.

정답: O

전자의 에너지 충전 과정이라고 생각해보세요! 낮은 층(저에너지)에서 높은 층(고에너지)으로 훌쩍 뛰어오르려면, 위로 올라갈 수 있는 힘(입장료)이 필요해요. 그래서 외부에서 날아오는 빛 에너지를 꿀꺽 삼켜서(흡수) 힘을 보충해야만 위로 점프할 수 있답니다.

문제 3 · OX 문제

전자가 높은 곳에서 낮은 곳으로 내려올 때 남는 에너지를 빛으로 내보내는 것을 방출 스펙트럼이라 한다.

정답: O

높은 곳에서 에너지를 꽉 채워 들고 있던 전자가 편안한 낮은 곳으로 내려오면 몸이 가벼워져야 해요. 이때 들고 있던 불필요한 여분의 에너지 보따리를 캄캄한 우주로 팍! 던져버리는데, 이 빛나는 선물이 분광기에 잡힌 것이 바로 '방출 스펙트럼'이랍니다.

문제 4 · OX 문제

모든 원자의 에너지 준위가 동일하기 때문에 수소와 헬륨의 스펙트럼 위치가 같다..

정답: X

원소들도 사람의 손가락처럼 저마다 고유한 지문을 가지고 있어요! 원자마다 핵이 전자를 당기는 힘이 달라서, 전자가 딛고 서 있는 계단의 높이(에너지 준위 간격)가 제각각이랍니다. 수소 아파트와 헬륨 아파트의 층간 높이가 다르기 때문에 내뿜는 빛의 색깔과 위치도 완벽히 다르게 나타나요.

문제 5 · 빈칸 채우기

전자가 가질 수 있는 특정한 에너지 값을 에너지 ( )라고 한다. (2글자)

정답: 준위

전자는 미끄럼틀처럼 아무 데나 애매하게 서 있을 수 있는 게 아니라, 딱 허용된 높이의 계단에만 서 있을 수 있어요. 게임 캐릭터의 레벨처럼 딱딱 끊어져 있는 이 특정한 에너지의 수준(레벨)을 2글자로 부르는 말이에요.

문제 6 · 빈칸 채우기

전자가 바깥쪽에서 안쪽으로 내려올 때 남는 에너지를 빛으로 ( )하며 선 스펙트럼을 만든다. (2글자)

정답: 방출

화려하고 짐이 많은 펜트하우스(바깥쪽)에서 좁고 소박한 1층(안쪽)으로 이사를 갈 때는 불필요한 가구들을 밖으로 싹 다 버려야 하죠? 전자가 들고 있던 남는 에너지를 빛이라는 신호로 밖으로 시원하게 뿜어내는 과정이에요.

문제 7 · 빈칸 채우기

전자는 원자핵 주위의 특정한 ( )를 따라 위치하며 회전하거나 이동할 수 있다. (2글자)

정답: 궤도

달리는 기차가 반드시 철길 위로만 다녀야 하듯, 전자는 원자핵 주변에 딱 정해진 전용 레일 위에서만 뱅글뱅글 움직일 수 있어요. 보어의 원자 모형에서 전자가 발견되는 이 정해진 길을 이름 지어 부르는 거예요.

문제 8 · 빈칸 채우기

무지개 빛깔의 연속 스펙트럼 빛이 차가운 기체를 통과할 때 특정 빛이 사라져 생기는 무늬를 ( ) 스펙트럼이라 한다. (2글자)

정답: 흡수

모든 색이 다 있는 맛있는 뷔페가 차려졌는데, 차가운 기체(전자)가 자기가 점프하는 데 필요한 특정 메뉴만 쏙 골라서 훔쳐 먹어버렸어요! 그래서 그 자리에 빛이 도착하지 못해 이빨이 빠진 것처럼 검은 그림자가 생긴 거랍니다.

문제 9 · 단답형

섞여 있는 빛을 색깔별로 쫙 펼쳐서 원소의 정체를 파헤칠 수 있게 해주는 장치는? (3글자)

정답: 분광기

여러 가지 색이 뒤섞인 빛의 무리를 프리즘 같은 것으로 한 줄로 예쁘게 세워주는 교통 정리 요원이에요. 빛의 정체를 낱낱이 파헤쳐서 무지개 무늬나 선 무늬로 보여주는 과학자들의 마법 도구죠.

문제 10 · 단답형

전자가 에너지 준위 사이를 이동할 때 주고받는 빛은 두 준위 사이의 ( )와 같다. (3글자)

정답: 에너지

우리가 1층에서 3층으로 계단을 오르내릴 때 정확히 두 층간의 높이만큼 힘을 쓰는 것과 같아요! 전자는 욕심쟁이가 아니라서 딱 모자란 만큼만 먹고, 남는 만큼만 정확히 뱉어내는데 그 정체가 바로 빛의 형태를 한 이 녀석이죠.

문제 11 · 단답형

원자핵 주변에서 바쁘게 점프를 반복하며 스펙트럼이라는 화려한 쇼를 보여주는 입자는? (2글자)

정답: 전자

원자라는 넓은 무대 위에서 에너지를 먹고 뱉으며 이리저리 뛰어다니는 진정한 댄서예요! 묵직한 원자핵은 가만히 있고, 이 가벼운 친구가 폴짝폴짝 점프(전이)를 해야 비로소 우리 눈에 멋진 스펙트럼 선들이 보인답니다.

문제 12 · 단답형

띠 형태가 아닌 가느다란 줄 모양으로 나타나 원소의 신분증 역할을 하는 스펙트럼은? (5글자)

정답: 선 스펙트럼

붓으로 빈틈없이 무지개를 그린 게 아니라, 까만 바탕에 가느다란 형광펜 선을 몇 개 툭툭 그어 놓은 것 같아서 붙여진 이름이에요. 편의점 물건의 바코드처럼 이 선들의 위치와 개수만 보면 어떤 원소인지 단번에 맞힐 수 있죠.

문제 13 · 보기 선택

다음 중 전자가 빛을 방출하는 상황을 보기에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 고에너지 준위에서 저에너지 준위로 이동
• ㄴ. 안쪽에서 바깥쪽 궤도로 이동
• ㄷ. 원자핵과 가까워지는 방향으로 이동

정답: ㄱ, ㄷ

방출은 전자가 가진 에너지를 밖으로 시원하게 기부하는 과정이에요! 에너지가 넘치는 높은 곳에서 편안한 낮은 곳(ㄱ)으로, 즉 원자핵과 가까운 안쪽 집(ㄷ)으로 내려올 때만 남는 에너지를 빛으로 선물하며 내려올 수 있답니다.

문제 14 · 보기 선택

선 스펙트럼이 원소마다 다르게 나타나는 이유를 보기에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 원소마다 양성자 수가 달라서
• ㄴ. 전자 궤도의 간격이 달라서
• ㄷ. 전자의 몸무게가 원소마다 달라서

정답: ㄱ, ㄴ

핵 안에서 대장 역할을 하는 양성자 수(ㄱ)가 달라지면 전자를 당기는 파워(핵전하량)가 달라져요. 당기는 힘이 달라지니 전자가 딛고 서는 에너지 계단의 높이와 간격(ㄴ)도 아파트마다 전부 다르게 지어지는 거죠. 참고로 전자의 몸무게(질량)는 우주 어디서나 똑같으니 범인이 아니랍니다!

문제 15 · 보기 선택

흡수 스펙트럼에 대한 설명으로 옳은 것을 보기에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 무지개 배경 위에 검은색 줄이 생김
• ㄴ. 전자가 에너지를 얻을 때 생김
• ㄷ. 온도가 매우 높은 기체에서 직접 빛을 낼 때 생김

정답: ㄱ, ㄴ

밝은 무지개 조명이 켜진 무대(ㄱ)에서, 전자가 다음 층으로 올라가려고 필요한 빛 에너지를 가로채 먹어버리면(ㄴ) 빛이 도달하지 못해 그 자리만 까만 그림자가 생겨요. 스스로 빛을 뿜어내는 뜨거운 기체(ㄷ)는 까만 줄이 아니라 밝은 레이저 줄(방출 스펙트럼)을 보여준답니다.

문제 16 · 보기 선택

전자가 에너지를 흡수하여 궤도를 이동할 때의 특징을 보기에서 모두 고르시오.

• ㄱ. 원자핵에서 멀어짐
• ㄴ. 에너지 준위가 높아짐
• ㄷ. 안쪽 궤도에서 바깥쪽으로 이동

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

이 세 가지 보기는 사실 전자가 '상승'한다는 하나의 상황을 다른 말로 표현한 것뿐이에요! 맛있는 에너지를 먹고 힘이 났으니(ㄴ), 핵의 끈적한 인력을 떨치고 더 멀리(ㄱ), 더 화려하고 넓은 바깥동네(ㄷ)로 호기롭게 이사 가는 완벽한 상황이랍니다.

문제 17 · 객관식

선 스펙트럼이 연속적이지 않고 띄엄띄엄 선으로 나타나는 근본적인 이유는?

• ① 빛이 우주 공간에서 반사되기 때문에
• ② 전자가 가질 수 있는 에너지가 계단처럼 정해져 있어서
• ③ 원자핵이 너무 무거워 빛을 굴절시키기 때문에
• ④ 모든 원소는 동일한 수의 양성자를 가지고 있어서
• ⑤ 분광기가 에너지를 흡수하여 선을 지우기 때문에

정답: ②

전자는 미끄럼틀을 주르륵 타고 내려올 수 없어요. 높이가 딱딱 정해진 '계단'만 밟고 오르내릴 수 있거든요. 계단 사이 허공에는 절대 서 있을 수 없으니, 전자가 점프할 때 그 높이 차이에 해당하는 특정 색깔의 빛만 주고받게 됩니다. 그래서 스펙트럼이 꽉 찬 무지개가 아니라 띄엄띄엄 가느다란 선 모양으로 끊겨서 나타나는 거예요!

문제 18 · 객관식

수소 원자의 스펙트럼을 분석하여 알 수 있는 사실로 가장 적절한 것은?

• ① 수소 기체의 양이 많아질수록 선의 위치가 왼쪽으로 이동한다.
• ② 수소 전용 에너지 준위 차이에 해당하는 빛들만 관찰된다.
• ③ 수소는 모든 색깔을 다 내뿜어 무지개 무늬를 만든다.
• ④ 수소 원자핵이 스스로 폭발하며 빛을 내는 결과이다.
• ⑤ 헬륨 원자와 선의 위치가 정확히 일치하여 구별이 안 된다.

정답: ②

수소네 아파트 계단 높이는 헬륨네나 탄소네 아파트랑 완전히 다르게 설계되어 있어요. 그래서 오직 수소네 아파트 계단을 오르내릴 때만 필요한 수소만의 고유한 빛(에너지) 레시피가 나타납니다. 이건 우주 어디서나 변하지 않는 수소만의 절대 지문이에요!

문제 19 · 객관식

전자가 에너지를 얻어 바깥쪽 높은 층으로 점프할 때 생기는 현상을 바르게 설명한 것은?

• ① 전자가 빛을 방출하며 안쪽으로 들어온다.
• ② 기체가 주변의 온도를 급격히 높인다.
• ③ 특정 파장의 빛을 흡수하여 검은 선을 남긴다.
• ④ 원자핵이 전자를 자석처럼 더 세게 당긴다.
• ⑤ 모든 무지개 색깔이 합쳐져 하얀색이 된다.

정답: ③

전자가 안쪽에서 바깥쪽으로 올라가려면 톨게이트 비용(통행료)을 내야 해요! 지나가는 우주 뷔페(연속 스펙트럼) 중에서 자기가 다음 층으로 가는 데 필요한 에너지 메뉴만 쏙 가로채 먹어버리죠. 그러니까 관찰자 입장에서는 그 빛이 먹혀서 사라진 자리만 시커먼 그림자(검은 선)로 보이게 된답니다.

문제 20 · 객관식

방출 스펙트럼에서 검은 바탕에 밝은 색 선이 나타나는 상황에 대한 비유로 가장 적절한 것은?

• ① 밝은 대낮에 구름이 지나가며 해를 가리는 그림자
• ② 화려한 뷔페 식당에서 내가 먹고 싶은 메뉴만 고르는 모습
• ③ 깜깜한 밤하늘에 누군가 폭죽을 쏘아 올려 반짝이는 모습
• ④ 돋보기로 햇빛을 모아 종이를 태우는 뜨거운 열기
• ⑤ 하얀 종이 위에 검은색 펜으로 가느다란 줄을 긋는 모습

정답: ③

빛이 없는 깜깜한 우주 공간(검은 바탕)에서, 에너지를 잔뜩 머금은 전자가 "나 이제 편하게 쉴래!" 하고 잉여 에너지를 밖으로 던지는 순간을 떠올려 보세요. 마치 밤하늘에 쏘아 올린 폭죽처럼, 전자가 던진 에너지 덩어리만 우리 눈에 반짝하고 밝고 예쁜 선으로 보이는 거랍니다!