عناوين
ما هي أطياف الانبعاث؟
يتم ترتيب الإلكترونات المحيطة بنواة الذرة في سلسلة من مستويات الطاقة المتزايدة ، ويحتوي كل عنصر على عدد فريد من الإلكترونات في تكوين فريد ، بحيث يكون لكل عنصر مجموعته المميزة من مستويات الطاقة ، وهذا الترتيب لمستويات الطاقة بمثابة بصمة فريدة للذرة.
في أوائل القرن العشرين ، وجد العلماء أن تسخين سائل أو صلب إلى درجات حرارة عالية من شأنه أن يعطي مجموعة واسعة من ألوان الضوء ، ولكن الغاز المسخن إلى درجات حرارة مماثلة لن ينبعث منه إلا الضوء عند أطوال موجية معينة. في ذلك الوقت ، درس العلماء هذا التأثير باستخدام أنبوب مفرغ.
لقد ثبت أنه عند تطبيق جهد عالٍ بما فيه الكفاية عبر الأنبوب ، يتأين الغاز ويعمل كموصل يسمح للتيار بالتدفق عبر الدائرة ، مما يثير ذرات الغاز المتأين. عندما تعود الذرات إلى حالتها الأساسية فإنها تبعث فوتونات لتحمل الطاقة الزائدة.
أنبوب التفريغ في أطياف الانبعاث
إلى جانب معرفة وقت ظهور طيف الانبعاث ، فإن الأنبوب المفرغ عبارة عن أنبوب زجاجي مملوء بالغاز ولوحة معدنية في كلا الطرفين. إذا تم تطبيق فرق جهد كبير بما يكفي بين اللوحين المعدنيين ، فإن ذرات الغاز داخل الأنبوب سوف تمتص طاقة كافية لفصل بعض إلكتروناتها ، أي أن ذرات الغاز تتأين.
تبدأ هذه الإلكترونات في التحرك عبر الغاز وتخلق تيارًا ، مما يرفع بعض الإلكترونات في الذرات الأخرى إلى مستويات طاقة أعلى ، ثم عندما تتراجع الإلكترونات في الذرات ، فإنها تنبعث من الإشعاع الكهرومغناطيسي ، ويتم عرض كمية الضوء المنبعثة في درجات مختلفة. أطوال موجية تسمى طيف الانبعاث لأنبوب مفرغ مملوء في غاز الهيدروجين ، يتم رؤية أطوال موجية معينة فقط من الضوء.
لقد أدرك العلماء أن هذه الخطوط تأتي من فوتونات ذات طاقة معينة تنبعث من الإلكترونات ، مما يجعل الانتقال بين مستويات طاقة معينة للذرة ، عندما ينخفض إلكترون في الذرة من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل ، يصدر فوتونًا ليحمل الطاقة الإضافية ، الطاقة هذا الفوتون يساوي فرق الطاقة بين مستويي الطاقة (ΔE).
طاقات الفوتونات المنبعثة هي نفسها فرق الطاقة بين مستويين من الطاقة ، ويمكن اعتبار الامتصاص كعملية معاكسة ، في هذه الحالة سوف تشير الأسهم إلى أعلى وستقفز الإلكترونات إلى مستويات أعلى عندما تمتص فوتونًا من الطاقة المناسبة ، يتم تجميع الترانزستورات في سلسلة بناءً على أدنى مستوى مشارك في الحركة.
الضوء المرئي ليس هو النوع الوحيد من الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث ، حيث أن التحولات النشطة إلى حد ما يمكن أن تنتج الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء ، ولكن نظرًا لأن كل ذرة لها مجموعتها المميزة من مستويات الطاقة ، فإن لكل ذرة طيف انبعاث مميز خاص بها.
تعريف أطياف الامتصاص
الذرات لا تبعث الفوتونات فقط. تمتص أيضًا الفوتونات ، إذا اصطدم الفوتون بذرة وكانت طاقة الفوتون مماثلة للفجوة بين مستويين من الطاقة للإلكترون في الذرة ، يمكن للإلكترون في مستوى الطاقة الأدنى أن يمتص الفوتون ويقفز إلى الطاقة الأعلى المستوى ، إذا كانت طاقة الفوتون لا تتوافق مع الفرق بين مستويين من الطاقة ، فلن يتم امتصاص الفوتون (لا يزال من الممكن أن يتشتت).
باستخدام هذا التأثير ، إذا كان لدينا مصدر للفوتونات ذات الطاقات المختلفة ، فيمكننا الحصول على أطياف الامتصاص لمواد مختلفة ، كطريقة للحصول على طيف الامتصاص فقط يسلط الضوء الأبيض على عينة من المادة التي تهتم بها ، حيث الضوء الأبيض يتكون من جميع الأطوال الموجية المختلفة للضوء المرئي مجتمعة ، في طيف الامتصاص ستكون هناك فجوات ، فجوات تتوافق مع الطاقات والأطوال الموجية التي يوجد عندها اختلاف مماثل في مستويات الطاقة لعنصر معين.
تظهر الفوتونات الممتصة كخطوط سوداء ؛ لأن فوتونات هذه الأطوال الموجية يتم امتصاصها ولا تظهر ، ولهذا فإن طيف الامتصاص هو عكس طيف الانبعاث تمامًا ، ويمكن استخدام تقنيات الانبعاث والامتصاص للحصول على معلومات حول مستويات الطاقة في الذرة.
عملية الانبعاث العكسي
تتوافق الخطوط المظلمة مع ترددات الضوء التي يمتصها الغاز ، وتحدث أيضًا عندما تمتص الإلكترونات فوتونات الضوء أثناء انتقال الإلكترونات إلى مستويات طاقة أعلى ، وهذه هي العملية المعاكسة للانبعاث.
تتوافق الخطوط المظلمة ، وهي خطوط امتصاص ، مع ترددات طيف الانبعاث لنفس العنصر ، وكمية الطاقة التي يمتصها الإلكترون للانتقال إلى مستوى أعلى هي نفس كمية الطاقة المنبعثة عند العودة إلى الطاقة الأصلية مستوى.[1]
مقارنة طيف الامتصاص وطيف الانبعاث
توجد فروق كثيرة بين طيف الامتصاص وطيف الانبعاث والتي يمكن تحديدها من خلال جدول مبسط لتوضيح أهم الفروق وهي كالتالي:
| طيف الانبعاث | طيف الامتصاص |
| عندما تمتص إلكترونات الذرة الطاقة ، تنتقل الإلكترونات من مستويات طاقة منخفضة إلى مستويات طاقة أعلى ، ويجب أن تشع هذه الإلكترونات المثارة طاقة للعودة إلى الحالة الأرضية من الحالة المثارة ، وهي الحالة غير المستقرة ، ويتكون طيف الانبعاث من ترددات هذا الضوء المنبعث. | يتكون طيف الامتصاص من ترددات الضوء المرسلة مع العصابات المظلمة عندما تمتص الإلكترونات الطاقة في الحالة الأرضية لتصل إلى حالات طاقة أعلى. |
| طيف الانبعاث له خطوط ملونة مختلفة في الطيف | خطوط داكنة في الطيف |
| ينتج عندما تطلق الذرات الطاقة | ينتج عندما تمتص الذرات الطاقة |
| امزج الخطوط الملونة في الطيف | تجميع الخطوط الداكنة أو الفجوات في الطيف |
| من المفيد معرفة تكوين مشكلة معينة | يمكن استخدامه لتحديد قدرة أجسام معينة على الاحتفاظ بالحرارة ومستوى الامتصاص |
| يساعد نوع الفوتونات المنبعثة في معرفة نوع العناصر المكونة لأن كل عنصر يصدر كمية مختلفة من الطاقة وله مستوى انبعاث فريد | تساعد الأطوال الموجية للضوء الممتص في معرفة عدد المواد في العينة |
| يعطي الأطوال الموجية التي يصدرها النوع عند عودته إلى الحالة الأرضية | يعطي الأطوال الموجية التي يمكن أن تمتصها الدول الأعلى من خلال التحدث. |
| يتم تسجيله في حالة عدم وجود إشعاع | عندما يتم توفير الإشعاع يتم تسجيله |
من خلال هذا الجدول ، تم تفصيل أهم المعلومات حول الفرق بين طيف الامتصاص وطيف الانبعاث بالتفصيل. هناك العديد من الاختلافات المختلفة التي يمكن الكشف عنها من خلال تعريف طيف الامتصاص وطيف الانبعاث. للطلاب في المراحل التعليمية المختلفة تدرس الأطياف في العلوم والاختلافات بينهم.[2]
