للإجابة على هذا السؤال حول كيفية نشوء طيف الانبعاث الذري في الكيمياء، يجب أولا أن نعرف أن طيف الانبعاث الذري هو خاصية فريدة لكل عنصر كيميائي على حدة، ويجب أن نعرف أيضا أنواع الأطياف الانبعاثية المختلفة والظروف الضرورية لحدوث طيف الانبعاث.
هناك العديد من النظريات التي تساعد في فهم كيفية إنتاج طيف الانبعاث للعلماء المتخصصين في هذا المجال.
تعريف طيف الانبعاث الذري
تعريف الانبعاث الذري في الكيمياء
- يطلق على طيف الانبعاث الذري (بالإنجليزية: Emission Spectrum).
- هو نوع من طيف الترددات الكهرومغناطيسية المشعة من ذرة أو جزيء عنصر معين.
- ينتقل هذا العنصر من حالة الاستقرار أو الطاقة العالية إلى حالة عدم الاستقرار أو الطاقة المنخفضة.
- نظرا لتساوي الطاقة المنبعثة من الفوتون، يكون هناك فرق في الطاقة بين التغير من الحالة المستقرة إلى الحالة غير المستقرة.
- تتضمن حركة الإلكترون داخل كل ذرة العديد من الانتقالات، ولكل انتقال فرق في إنتاج كمية معينة من الطاقة.
- خلال ذلك، يتم إصدار طيف الانبعاث الذري الخاص بالعنصر من خلال هذه التحولات المتنوعة، والتي تسبب انبعاث أطوال موجية مشعة متعددة.
- توجد عناصر جديدة ذات تكوين غير معروف حتى الآن. نظرا لأن لكل عنصر كيميائي طيف انبعاث ذري فريد يميزه عن العناصر الأخرى، فإن طيف الانبعاث الذري يعد وسيلة لتعريف العنصر الجديد من خلال إجراء التحليل الطيفي له.
شاهد أيضًا: تكافؤ الفضة في الكيمياء
تعريف الانبعاث الذري في الفيزياء
- هي العملية التي يتم فيها تحويل الحالة الميكانيكية الكمية للجسيم إلى حالة طاقة أقل، ويتم ذلك من خلال انتقالات جسيم الفوتون، والذي يؤدي إلى إنتاج ضوء محدد.
- تشير ترددات هذا الضوء المنبعث إلى وجود الطاقة اللازمة لحدوث انتقال الفوتون.
- وفقا لقانون الحفاظ على الطاقة في الكون، يعود فرق الطاقة بين حالة الطاقة العالية للذرة والحالة ذات الطاقة المنخفضة إلى كمية الطاقة التي يحملها جسيم الفوتون، والتي تؤدي إلى تغير حالات الطاقة في هذه التحولات وظهور طيف الانبعاث الذري بترددات مختلفة.
كيف يتم إنتاج طيف الانبعاث الذري في مجال الكيمياء
- يتم إنتاج طيف الانبعاث الذري للعنصر الكيميائي عن طريق اكتساب العنصر كمية من الطاقة، ويحدث ذلك خلال تسخين العنصر الكيميائي.
- عندما يمتص العنصر الكيميائي هذا الطاقة حرارية، تحصل الإلكترونات داخل الذرة على هذه الطاقة وتحولها إلى طاقة حركية.
- الإلكترونات موجودة في ذرة العنصر في مدارات أو مستويات حول نواة الذرة، وعندما تحصل هذه الإلكترونات على طاقة، تثير هذه الطاقة الإلكترونات وتجعلها تنتقل إلى مستويات أعلى من المستويات الحالية.
- يعد هذا الوضع غير مستقر للذرة، حيث يتم التخلص من هذه الطاقة المكتسبة بسرعة وتعود الإلكترونات إلى مستوياتها الطبيعية.
- يتم إطلاق هذه الطاقة المفقودة في شكل شعاع ضوئي أو ما يسمى بطيف الانبعاث الذري، والذي يحمل ترددا معينا لكل شعاع أو طيف بشكل منفصل.
- قد يتساءل البعض عن السبب الذي يدفع الإلكترونات داخل الذرة للقيام بما سبق، والجواب هو أن الذرة بشكل عام تفضل أن تكون لديها طاقة داخلية منخفضة لتظل في حالة مستقرة دائما، ولذلك تقوم الإلكترونات عند رفع طاقة الذرة بإعادة ترتيب الجسيمات داخلها للحفاظ على توازنها.
قد يهمك: فروع الكيمياء ومجال دراستها
أنواع الطيف الانبِعاثي الذري في الكيمياء
- لابد بعد معرفة الإجابة على تساؤل كيف يتم إنتاج طيف الانبعاث الذري في مجال الكيمياء، التعرف على أنواع هذا الطيف الناتجة للتمييز بين العناصر الكيميائية المختلفة.
في الكيمياء، يتم تقسيم أنواع الانبعاث الذري إلى نوعين رئيسيين على النحو التالي:
النوع الأول: طيف الانبعاث الذري في الكيمياء
هو النوع الذي يمكن رؤيته عند فحص الضوء المنبعث مباشرة من العنصر الكيميائي، ويتم ذلك باستخدام جهاز الطيف الضوئي، حيث يكون لكل عنصر كيميائي طيف انبعاث مميز.
يتكون طيف الانبعاث الذري في الكيمياء من ثلاثة أشكال مختلفة وهي كالتالي:
- الطيف المنبعث الذري المستمر، أو كما يطلق عليه (بالإنجليزية: الطيف المستمر: هو الطيف الذي يتكون من مساحات مضيئة غير منقطعة على جميع أطواله الموجية.
- لذا، يتضمن هذا الطيف جميع الألوان من البنفسجي إلى الأحمر، ويلاحظ أن الشروط الضرورية لحدوث هذا الطيف هي توفر درجة حرارة عالية للعنصر الكيميائي فقط.
- الطيف المنبعث الذري الخطي، أو كما يطلق عليه (بالإنجليزية: الطيف الخطي: هو مجموعة من الخطوط الحادة ذات الأطوال الموجية المحددة، ويعد هذا النوع من الطيف خاصية مهمة للمادة المنبعثة، ويتم من خلاله التعرف على نوع الغاز المنبعث.
- الطيف المنبعث الذري الترددي، او كما يطلق عليه (بالإنجليزية: طيف النطاق): وهو مجموعة من الخطوط الساطعة.
- وتحتوي إحدى أطرافها على حافة حادة، بينما لا تحتوي الطرف الآخر على مثل هذه الحواف.
النوع الثاني: طيف الامتصاص الذري في الكيمياء
- يتم إنتاج هذا النوع من الطيف عند تمرير الطيف الذي ينبعث من العنصر الكيميائي خلال المادة التي تمتصه.
- بعد ذلك يتم فحص الطيف الممتص باستخدام جهاز مقياس الطيف، لقياس كمية 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 انبعاث الهيدروجين الذري
- نأخذ هنا عنصر الهيدروجين كمثال للتعرف على كيف يتم إنتاج طيف الانبعاث الذري في مجال الكيمياء، وذلك لاعتباره أحد أول الأطياف الانبعاثية المكتشفة
- تم اكتشافه عند تحليل الطيف الذري المنبعث من ضوء الشمس.
- تظهر بوضوح اثنتان من الأطياف، وهي طيف الهيدروجين وطيف الهيليوم.
- وبناء على ذلك، يمكن الاستنتاج أن العناصر الرئيسية التي تكون الشمس منها هي الهيدروجين والهيليوم.
- العالم (فراونهوفر) هو الذي استطاع تفسير طبيعة هذا الطيف.
- قد تم اكتشاف إصدار الذرة للأشعة الطيفية من قبل العديد من الفيزيائيين قبل عام 1885 ميلادية.
- ولكنهم لم يكونوا على دراية بكيفية حساب موقع كل خط من خطوط الطيف المنبعثة.
- حتى قام العالم باكتشاف معادلته لحساب الأربعة خطوط الموجودة في نطاق الضوء المرئي.
- تمت معادلة المر بناء على المعادلات الفيزيائية السابقة في هذا المجال، بما في ذلك معادلة أطياف لايمان.
- ومعادلة أطياف باشين، ومعادلة أطياف براكيت.
- تصف هذه المعادلات طيف انبعاث أو طيف امتصاص ذرة الهيدروجين.
- تمت ملاحظة وجود خمسة أطياف انبعاثية مختلفة لذرة الهيدروجين بواسطة المر.
- تختلف هذه الأطياف عن بعضها بنسبة طاقة N، وهي الطاقة التي يعود إليها الإلكترون بعد فقدانه للطاقة.
- عندما يعود الإلكترون إلى المستوى الأول (N=1)، ينتج كمية من الفوتونات تنتمي إلى مجموعة أطياف الليزر.
- أما إذا انتقل الإلكترون إلى مستوى أعلى (N=2)، فسينتج عنه إنتاج مجموعة من الفوتونات المرتبطة بالأطياف.
كيف يتم إنتاج طيف الانبعاث الذري في الكيمياء؟ يتم ذلك من خلال اكتساب العنصر الكيميائي للطاقة من مصدر خارجي، ويختلف الطيف المنبعث من عنصر إلى آخر، وهو صفة مميزة وحصرية لهذا العنصر.
