كيف ينتج طيف الانبعاث الذري في الكيمياء
كيف ينتج طيف الانبعاث الذري في الكيمياء للإجابة على هذا السؤال يجب العلم أولًا أن طيف الانبعاث الذري هو صفة مميزة لكل عنصر كيميائي من العناصر الكيميائية على حدا، مع معرفة أنواع الأطياف الانبعاثية المختلفة والظروف اللازمة والضرورية لإتمام حدوث طيف الانبعاث.
وتوجد العديد من النظريات التي تساعد على فهم كيفية إنتاج طيف الانبعاث لمختلف العلماء المتخصصين في هذا المجال.
محتويات المقال
[ عرض ]
تعريف طيف الانبعاث الذري
تعريف الانبعاث الذري في الكيمياء
- يطلق على طيف الانبعاث الذري (بالإنجليزية: Emission Spectrum).
- هو عبارة عن طيف للْترددات الإشعاعية الكهرومغناطيسية المنبعثة من ذرة أو جزيء عنصر ما.
- حيث ينتقل هذا العنصر من حالة الاستقرار أو وضع الطاقة العالية إلى حالة الغير المستقرة أو الطاقة الأقل.
- وحيث تساوي الطاقة المنبعثة من جسيم الفوتون، الفرق في الطاقة ما بين التغير من الحالة المستقرة إلى الحالة الغير مستقرة.
- حيث توجد العديد من الانتقالات التي يقوم بها جسيم الإلكترون الموجود داخل كل ذرة، ولكل واحد من هذه الانتقالات فرق في إنتاج الطاقة معين.
- خلال ذلك ينتج طيف الانبعاث الذري الخاص بالعنصر بواسطة هذه المجموعة المتنوعة من التحولات، والتي تعمل على انبعاث أطوال موجية مشعة متعددة.
- هناك عناصر جديدة غير معروفة التكوين حتى الأن، وبما أن لكل عنصر كيميائي طيف الانبعاث الذري خاص به، والذي يميزه عن باقي العناصر الأخرى، لذلك يُعد طيف الانبعاث الذري في هذه الحالة هو التعريف عن ماهية العنصر الجديد عن طريق إجراء التحليل الطيفي له.
شاهد أيضًا: تكافؤ الفضة في الكيمياء
تعريف الانبعاث الذري في الفيزياء
- هو العملية التي يتم فيها تحويل الحالة الميكانيكية الكمية للجسيم في حالة الطاقة العالية إلى حالة طاقة أقل، ويكون ذلك من خلال انتقالات جسيم الفوتون والذي يتسبب في إنتاج ضوء معين.
- تكون دلالة تردد هذا الضوء المنبعث هو وجود طاقة لازمة لحدوث الانتقال الخاص بجُسيم الفوتون.
- تبعًا لقانون الحفاظ الطاقة في الكون، يعود الفرق في الطاقة بين حالة الطاقة العالية الذرة والطاقة الأقل هو مقدار الطاقة التي يحملها جسيم الفوتون، والتي تؤدي لاختلاف حالات الطاقة في هذه التحولات إلى ظهور طيف الانبعاث الذري في نطاق واسع من الترددات.
كيف ينتج طيف الانبعاث الذري في الكيمياء
- ينتج طيف الانبعاث الذري للعنصر الكيميائي عن طريق القيام باكتساب ذرة العنصر كمية من الطاقة، ويحدث ذلك أثناء تسخين العنصر الكيميائي.
- حيث تقوم ذرة ذلك العنصر الكيميائي بامتصاص مقدار من الطاقة الحرارية، تكتسب الإلكترونات داخل الذرة هذه الطاقة وتحَولُها لطَاقة حركية.
- توجد الإلكترونات داخل ذرة العنصر في مدارات أو مستويات حول نواة الذرة، وعندما تكتسب هذه الإلكترونيات طاقة، تعمل هذه الطاقة على إثارة الإلكترونات مما يؤدي إلى انتقالها لمستويات أعلى من المستويات التي توجد لها حاليًا.
- يعتبر هذا الوضع غير مستقر بالنسبة للذرة، فسرعان ما يتم التخلص من هذه الطاقة المكتسبة ورجوع الإلكترونيات لمستوياتها الطبيعية.
- هذه الطاقة المفقودة يتم إخراجها في صورة شعاع ضوئي أو ما يسمى طيف الانبعاث الذري والذي يحمل تردد معين لكل شعاع أو طيف على حدا.
- قد يتساءل البعض عن السبب في أن الإلكترونات داخل الذرة تميل إلى فعل ما سبق، والجواب هو أنه الذرة بوجه عام تفضل أن تكون ذات طاقة داخلية منخفضة للعمل على وجودها في حالة مستقرة دائمًا، لذلك تلجأ الإلكترونيات عند رفع طاقة الذرة إلى إعادة ترتيب الجسيمات داخل الذرة للحفاظ على توازنها.
قد يهمك: فروع الكيمياء ومجال دراستها
أنواع الطيف الانبِعاثي الذري في الكيمياء
- لابد بعد معرفة الإجابة على تساؤل كيف ينتج طيف الانبعاث الذري في الكيمياء، التعرف على أنواع هذا الطيف الناتجة للتمييز بين العناصر الكيميائية المختلفة.
حيث تنقسم أنواع طيف الانبعاث الذري في الكيمياء إلى نوعين رئيسين هما كالتالي:
النوع الأول: طيف الانبعاث الذري في الكيمياء
هو النوع الذي تتم رؤيته عند القيام بفحص للضوء المنبعث بشكل مباشر من العنصر الكيميائي، ويتم ذلك باستخدام جهاز مقياس الطيف، حيث أنه لكل عنصر كيميائي ضوء طيف انبعاث مميز له.
ذلك ويتكون طيف الانبعاث الذري في الكيمياء من ثلاثة أشكال مختلفة هي الآتي:
- الطيف المنبعث الذري المستمر، أو كما يطلق عليه (بالإنجليزية: Continuous Spectrum): وهو الْطيف الذي يتألف من مساحات مضيئة غير منقطعة بجميع أطوالها الموجية.
- ولذلك يحتوي هذا الطيف على جميع الألوان بدءًا من اللون البنفسجي نهايةً إلى اللون الأحمر، ونلاحظ أن الظروف اللازمة لحدوث هذا الطيف هي فقط توفير درجة حرارة عالية للعنصر الكيميائي.
- الطيف المنبعث الذري الخطي، أو كما يطلق عليه (بالإنجليزية: Line Spectrum): وهو عبارة عن مجموعة من الخطوط الحادة ذات الأطوال الموجية المحددة، ويعد هذا النوع من الطيف أهم خاصية من خصائص المادة المنبعثة، فعن طريقه يتم التعرف على نوع الغاز المنبعث.
- الطيف المنبعث الذري الترددي، او كما يطلق عليه (بالإنجليزية: Band Spectrum): وهَ عبارة عن عدد من الخطوط الساطعة.
- والتي يوجد عند أحد أطرافها حافة حادة، في حين يخلو الطرف الآخر لهذه الخطوط منها.
النوع الثاني: طيف الامتصاص الذري في الكيمياء
- ينتج هذا النوع من الطيف أثناء القيام بتمرير الطيف المنبعث من العنصر الكيميائي خلال مادة تقوم بامتصاصه.
- يعقب ذلك فحص هذا الطيف الممتص باستخدام جهاز مقياس الطيف، للحصول على كمية طيف الامتصاص.
يتكون عادةً طيف الامتصاص من أنواع ثلاثة هي كالاتي:
- طيف الامتصاص من النوع المستمر، أو كما يطلق عليه (بالإنجليزية: Continuous Absorption Spectrum).
- وطيف الامتصاص من النوع الخط، او كما يطلق عليه (بالإنجليزية: Line Absorption Spectrum).
- طيف الامتصاص من النوع النطاقي، او كما يطلق عليه (بالإنجليزية: Band Absorption Spectrum).
تابع معنا: العدد الذري والكتلي للعناصر الكيميائية
نبذة عن طيف الانبعاث الذري لعنصر الهيدروجين
- نأخذ هنا عنصر الهيدروجين كمثال للتعرف على كيف ينتج طيف الانبعاث الذري في الكيمياء، وذلك لاعتباره أحد أول الأطياف الانبعاثية المكتشفة
- قد تم اكتشافه عند تحليل الطيف المنبعث الذري لضوء الشمس.
- حيث ظهر بوضوح عدد أَثنين من الأطياف هما الطيف الخاص بالهيدروجين والطيف الخاص بالهيليوم.
- أدى ذلك لاستنتاج أن المركبات الأساسية الداخلة في تكوين الشمس هي عنصري الهيدروجين والهيليوم.
- العالم (فراونهوفر) هو الذي استطاع تفسير طبيعة هذا الطيف.
- بوجه عام تم التعرف من قِبل عدد من الفيزيائيين على إصدار الذرة للأشعة الطيفية قبل العام 1885 ميلاديًا.
- لكن لم يكن متاحًا لهم كيفية حساب موقع كل خط من خيوط الطيف المنبعث.
- حتى قيام العالم بالمر باستنتاج معادلته لحساب الأربع خطوط المتواجدة في نطاق الضوء المرئي.
- جاءت معادلة بالمر اعتمادًا على المعادلات الفيزيائية السابقة في هذا المجال ومنها معادلة أطياف لايمان.
- ومعادلة أطياف باشين، ومعادلة أطياف براكيت.
- وكل هذه المعادلات تصف أطياف انبعاث أو أطياف امتصاص لذرة الهيدروجين.
- حيث أثبت بالمر وجود عدد خمسة أطياف انبعاثية مختلفة لذرة الهيدروجين.
- تتمايز هذه الأطياف عن بعضها بمستوى الطاقة N، الذي يعود إليه الإلكترون بعد فقد الطاقة.
- عودة الإلكترون إلى المستوى الأول (N=1)، ينتج عنه إصدار مقدار من الفوتونات تنتسب إلى مجموعة أطياف لايمان.
- أما إذا انتقل الإلكترون إلى مستوى أعلى (N=2)، في نتج عنه مجموعة الفوتونات تنتسب الأطياف بالمر.
كيف ينتج طيف الانبعاث الذري في الكيمياء، يتم ذلك من خلال اكتساب العنصر الكيميائي للطاقة من مصدر خارجي، ويختلف الطيف المنبعث من عنصر لآخر، وهو صفة مميزة وحصرية لهذا العنصر.