الطيف الذري أو طيف الانبعاث، هو نطاق أو مجموعة من الأطوال الموجية، التي يتم الحصول عليها عندما يمر الضوء المنبعث من مادة عبر منشور، ويتم فحصه مباشرة باستخدام مطياف، وفي هذا المقال سنوضح ما هو الطيف الذري
ما هو الطيف الذري
- سواء كان ذلك في الفيزياء أو الكيمياء، فإن تعريف الطيف هو نفسه – عندما يمر الضوء الأبيض عبر منشور أو أي مادة مشتتة أخرى، ينقسم الضوء الأبيض إلى سلسلة من النطاقات، أو الخطوط الملونة المعروفة باسم الطيف.
- يتم ترتيب الأطوال الموجية المختلفة للضوء الأبيض في الطيف بترتيب معين، بدءًا من أطول طول موجي (أحمر) والتظليل وصولاً إلى الأقصر (البنفسجي).
- يقسم المطياف الضوء المنبعث إلى أطوال موجية مختلفة، ويعطي طيفًا متقطعًا في شكل خطوط منفصلة تعرف باسم الطيف الخطي، مثال على طيف الانبعاث هو عندما يتم تسخين النحاس على اللهب، ويصبح لون اللهب أخضر.
- بشكل عام، يصف طيف الانبعاث الأطوال الموجية للطيف الكهرومغناطيسي المنبعث من جسم نشط، ما هو هذا الكائن يعتمد على الانضباط العلمي.
- في الكيمياء، يشير طيف الانبعاث إلى نطاق الأطوال الموجية المنبعثة من ذرة أو مركب تحفزه الحرارة أو التيار الكهربائي، طيف الانبعاث الذري فريد لكل عنصر، يمكن أيضًا استخدام طيف الوقود المحترق أو الجزيئات الأخرى كمثال لتكوينه.
- في علم الفلك، يشير طيف الانبعاث عمومًا إلى طيف نجم أو سديم أو جسم آخر.
- يمكن تعريف الطيف الذري على أنه: طيف الانبعاث لعنصر كيميائي أو مركب كيميائي، هو طيف ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من ذرة أو جزيء، يقوم بالانتقال من حالة طاقة عالية إلى حالة طاقة أقل.
كيف يتم إنتاج الطيف الذري
- عندما تمتص ذرة أو جزيء الطاقة، تصطدم الإلكترونات بحالة طاقة أعلى، عندما ينخفض الإلكترون إلى حالة طاقة أقل، يتم تحرير فوتون مساوٍ للطاقة بين الحالتين.
- هناك العديد من حالات الطاقة المتاحة للإلكترون، لذلك هناك العديد من التحولات الممكنة، مما يؤدي إلى الأطوال الموجية العديدة التي تشكل طيف الانبعاث.
- نظرًا لأن كل عنصر له طيف انبعاث فريد، يمكن استخدام الطيف الذي يتم الحصول عليه من أي جسم ساخن أو نشط لتحليل تكوينه.
اقرأ أيضا: ما هي اللبتونات
طيف الامتصاص
- طيف الامتصاص، على عكس طيف الانبعاث، يشبه الصورة السلبية لطيف الانبعاث، لرصد طيف الامتصاص، يتم قصف الإشعاعات الكهرومغناطيسية على عينة تمتص إشعاعًا بأطوال موجية معينة.
- يساهم الطول الموجي للإشعاعات التي تمتصها المادة في الطول الموجي المفقود، مما يترك فراغات مظلمة في الطيف الساطع المستمر.
- كل عنصر له طيف انبعاث خطي فريد، تعرف دراسة طيف الانبعاث أو طيف الامتصاص باسم التحليل الطيفي.
طيف انبعاث الهيدروجين
- نعلم جميعًا أن الإلكترونات الموجودة في الذرة أو الجزيء تمتص الطاقة وتتحمس، وتقفز من مستوى طاقة أقل إلى مستوى طاقة أعلى، وتنبعث منها إشعاعات عندما تعود إلى حالتها الأصلية.
- هذه الظاهرة مسؤولة عن طيف الانبعاث من خلال الهيدروجين أيضًا، المعروف باسم طيف انبعاث الهيدروجين.
- في أواخر القرن التاسع عشر، كان معروفًا أنه عندما يُثار غاز باستخدام تفريغ كهربائي، ويُنظر إلى الضوء المنبعث من خلال محزوز حيود، لا يتكون الطيف المرصود من نطاق مستمر من الضوء، ولكن من خطوط فردية ذات أطوال موجية محددة جيدًا.
- أظهرت التجارب أن الأطوال الموجية للخطوط كانت مميزة للعنصر الكيميائي الذي ينبعث منه الضوء، كانت بصمة ذرية ناتجة عن التركيب الداخلي للذرة.
- يعد طيف الهيدروجين جزءًا مهمًا من الأدلة التي توضح أن التركيب الإلكتروني للذرة محدد كميًا.
- عندما يتم تمرير تفريغ كهربائي عبر جزيء الهيدروجين الغازي، تنفصل ذرات الهيدروجين في الجزيء، هذا يؤدي إلى انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة ذرات الهيدروجين المثارة بقوة.
- يتكون طيف انبعاث الهيدروجين من إشعاعات ذات ترددات منفصلة، تمت تسمية هذه السلسلة من الإشعاعات على اسم العلماء الذين اكتشفوها.
- عندما يتم امتصاص فوتون بواسطة ذرة هيدروجين، تتسبب طاقة الفوتون في انتقال الإلكترون إلى مستوى طاقة أعلى (n = 1 n = 2، على سبيل المثال).
- عندما تصدر ذرة الهيدروجين فوتونًا، يخضع الإلكترون للانتقال من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى أقل (ن = 3 ن = 2، على سبيل المثال).
- أثناء هذا الانتقال من مستوى أعلى إلى مستوى أدنى، يحدث انتقال للضوء، ونظرًا لأن مستويات الطاقة في الذرة محددة كميًا، فإن الطيف سيتكون من أطوال موجية تعكس الاختلافات في مستويات الطاقة هذه، على سبيل المثال، الخط عند 656 نانومتر يتوافق مع الانتقال n = 3 n = 2.
اقرأ أيضا: معلومات عن الفيزياء الكمية
أنواع الطيف الذري
- طيف الخط: يتم الحصول على الطيف الخطي المعروف باسم الطيف الذري، من خلال تحليل الإشعاع المنبعث من خلال تمرير تفريغ كهربائي عبر غاز الهيدروجين عند ضغط منخفض، يسمى هذا الطيف الذي يتكون من خطوط ذات ترددات محددة طيف الخط أو الطيف المتقطع.
- الطيف المستمر: إنه نوع من الطيف يتكون من نطاقات مضيئة مستمرة من جميع الألوان من البنفسجي إلى الأحمر، تتأثر الأطياف المستمرة فقط بدرجة حرارة المصدر وليس بأي خصائص أخرى.
يتم إنتاج الأطياف المستمرة عن طريق المواد الصلبة المتوهجة، والسوائل ومصابيح الفتيل الكهربائية وما إلى ذلك. - طيف النطاق: يتكون الطيف من مجموعات أو نطاقات ساطعة في أحد طرفيها، وباهتة عند آخر من خطوط متقاربة التباعد.
عندما يتم عرض الضوء المنبعث أو الممتص بواسطة الجزيئات، من خلال مطياف حل عالي الطاقة مع تشتت صغير، يبدو أن الطيف يتكون من مجموعة واسعة جدًا من الخطوط الدقيقة المعروفة باسم العصابات، التي تحتوي على عدد من العصابات الساطعة التي لها حد حاد حافة في أحد طرفيه ولكن تتلاشى في الطرف الآخر.
استخدامات أطياف الانبعاث
- يختلف طيف الانبعاث لكل عنصر في الجدول الدوري ويمكن استخدامه لتحديد تركيبة المادة، أحد الأمثلة على ذلك هو التحليل الطيفي الفلكي، الذي يتضمن تحديد تكوين النجوم من خلال تحليل الضوء المستقبَل.
- جميع المواد الساخنة تنبعث منها ضوء، تشمل الأمثلة عنصر الموقد في المطبخ، والفتيل المعدني في المصباح، والشمس أيضًا، لاحظ العلماء هذه الظاهرة في مختبراتهم لكنهم لم يتمكنوا من شرح كيف ولماذا تحدث.
