طيف الانبعاث يبين الإشعاع الذي يصدره مصدر بحسب الطول الموجي أو التردد. قد يظهر متصلًا على نطاق، أو تظهر فيه خطوط محددة. في الغاز الذري المثار تعكس الخطوط انتقالات بين مستويات طاقة مسموحة؛ لذلك يساعد نمطها على التعرف إلى العناصر، مع معرفة شروط الرصد. [1][2]
كيف تتكون خطوط محددة؟
عندما تكتسب الذرة طاقة يمكن أن تصبح في حالة مثارة. وعند انتقالها إلى حالة أقل طاقة، قد تصدر فوتونًا يحمل فرق الطاقة بين الحالتين. ليست كل قيمة للطاقة مسموحة في الذرة، ولذلك لا ينتج عن الانتقالات كل طول موجي تختاره عشوائيًا. [1]
في الانتقال الباعث، تكون طاقة الفوتون E_photon = E_high − E_low، وتساوي hf، حيث h ثابت بلانك و f التردد. يرسم السهم الهابط في مخطط الطاقة انخفاض طاقة الحالة؛ ليس مسارًا مكانيًا مقاسًا يتحرك فيه الإلكترون بين كرتين. [2]
مثال لفهم فرق الطاقة
افترض نموذجًا تعليميًا له مستويان عند 4.0 و 1.5 إلكترونفولت بالنسبة إلى مرجع واحد. الانتقال من الأعلى إلى الأدنى يطلق فوتونًا طاقته 4.0 − 1.5 = 2.5 eV. هذه أعداد افتراضية للشرح، وليست مستويات مقاسة لعنصر محدد.
لو كان الفارق أكبر، لكان تردد الفوتون أكبر وفق العلاقة السابقة. ولا تعني عودة الذرة إلى طاقة أقل أنها فقدت كل طاقتها أو أن الطاقة اختفت؛ حملها الإشعاع الصادر. وقد تتم العودة على مراحل بدل انتقال واحد. [1]
الخطي والمستمر والامتصاص
| الوصف | المظهر التعليمي الشائع | ما الذي نقرأه؟ |
|---|---|---|
| طيف انبعاث خطي | خطوط مضيئة عند أطوال معينة | الإشعاع المنبعث في الانتقالات |
| طيف مستمر | توزيع متصل على نطاق من الأطوال | إشعاع يغطي النطاق بلا فجوات الخطوط في النموذج |
| طيف امتصاص خطي | خطوط داكنة داخل خلفية متصلة | أطوال قل ضوؤها بسبب امتصاص الغاز |
وجود خط داكن في خلفية مضيئة يصف الامتصاص في هذا النموذج، ولا نسميه خط انبعاث مضيئًا. ويمكن أن تظهر أطياف حقيقية أكثر تعقيدًا من الأشرطة البسيطة المرسومة، لذلك ننظر إلى البيانات وطريقة إنتاجها. [1][2]
أربعة خطوط بارزة للهيدروجين
من خطوط الهيدروجين المرئية البارزة خطوط قرب 410 و 434 و 486 و 656 نانومتر. تمثل قيمًا مقربة للشرح؛ توجد للهيدروجين خطوط أخرى خارج المجال المرئي أيضًا. ونمط الخطوط مرتبط ببنية مستويات الطاقة، لا بخطوط مرسومة اعتباطًا بين ألوان الطيف. [2]
في صورة المقال وضعنا الخطوط على محور منتظم للطول الموجي. تباعد 410 و 434 أقل من تباعد 486 و 656، لأن الفرقين 24 و 170 نانومتر. أما ارتفاع الخط أو سماكته في الرسم فلا يقيس شدة الضوء أو اتساعه الحقيقي.
ماذا تخبرنا الخطوط عن المصدر؟
يقارن العلماء الخطوط المرصودة ببيانات العناصر في المختبر، ومن ذلك يستدلون على مكونات مصادر بعيدة. وتؤثر حالة الإثارة والتأين في الخطوط التي نرصدها، لذلك لا يكفي القول إن جميع خطوط العنصر ستظهر بنفس الشدة في كل عينة. [1]
عند قراءة مخطط طيفي، تحقق من المحور الأفقي ووحدته، ومن كون المحور الآخر شدة أم مجرد رسم توضيحي. وابحث عن أكثر من خط وعن شروط القياس؛ تشابه لون ظاهر للعين لا يكفي وحده لتحديد عنصر.
المصادر ومتابعة القراءة
- OpenStax: تكون خطوط الانبعاث والامتصاص والإثارة (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
- OpenStax: خطوط الهيدروجين وطاقات الانتقالات (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.