العربيةAR⌄
الأطياف الذرية
الأطياف الذرية دليل مباشر على أن طاقات الذرة مكمّاة. فالذرة المثارة لا تبعث أي فوتون اعتباطي، بل فوتونات توافق فروق الطاقة بين حالات إلكترونية مسموحة. لذلك تصبح مواضع الخطوط وشداتها وعروضها أدوات للتعرّف إلى العناصر وقراءة حالة الوسط الفيزيائية.
لماذا يظهر طيف خطي لا قوس قزح متصل
للإلكترونات المرتبطة بالذرة حالات طاقة منفصلة. لا يحدث الامتصاص أو الإصدار إلا عندما يساوي hν فرق الطاقة بين حالتين، ولذلك يعطي الغاز الذري المخلخل خطوطًا حادة بدل طيف مستمر.
الإصدار والامتصاص وسلاسل الهيدروجين
في الإصدار ينتقل النظام إلى حالة أدنى ويغادر فوتون، وفي الامتصاص يرفع فوتون مناسب الذرة إلى حالة أعلى. المواضع نفسها يمكن أن تظهر مضيئة أو مظلمة تبعًا لهندسة المصدر والغاز.
علاقة ريدبرغ
للهيدروجين يمكن كتابة 1/λ = R(1/n₁² − 1/n₂²) مع n₂>n₁. تنتهي سلسلة لايمان عند n₁=1، وبالمر عند 2، وباشن عند 3. خط Hα من 3→2 قريب من 656 nm.
تقارب السلسلة وطاقة التأين
كلما ازداد n₂ تقاربت الخطوط لأن مستويات الهيدروجين تتزاحم قرب حد التأين. نهاية سلسلة لايمان من الحالة الأرضية تقابل نحو 13.6 eV، فتربط الطيف مباشرة بطاقة نزع الإلكترون.
الذرات متعددة الإلكترونات
تضيف التنافرات بين الإلكترونات والانقسام الدقيق واقتران اللف–المدار مستويات أكثر بكثير من الهيدروجين. لذلك لا يكفي وجود فرق طاقة كي يكون الخط قويًا؛ يجب أيضًا مراعاة احتمال الانتقال وإشغال الحالة الابتدائية.
قواعد الاختيار
شدة الخطوط تحكمها مصفوفات الانتقال وقواعد الاختيار. بعض الانتقالات ضعيفة جدًا أو ممنوعة تقريبًا، مع أنها تفصل بين حالتين موجودتين بالفعل.
الانقسام الدقيق والحقول
قد تقسم تآثرات اللف–المدار أو الحقول الكهربائية والمغناطيسية خطًا واحدًا إلى مكونات متقاربة. هذه التفاصيل تكشف بنية لا تظهر في نموذج بور البسيط.
كيف نقرأ الخطوط كبيانات
الموضع يعطي فرق الطاقة، والشدة ترتبط بعدد الذرات في الحالة الابتدائية واحتمال الانتقال، والعرض يحمل معلومات عن الحركة والتصادم والعمر المحدود للحالة.
اتساع دوبلر والضغط
الحركة الحرارية توزع السرعات فتوسّع الخط دوبلريًا، بينما تزيد التصادمات اتساع الضغط. كما تضيف الأداة نفسها دالة استجابة يجب فصلها عن اتساع المصدر.
المعايرة والقدرة على الفصل
يحوّل الطيفي موضع الكاشف إلى طول موجي بواسطة خطوط مرجعية. والقدرة على الفصل تحدد إن كان خطان متقاربان سيظهران منفصلين أم كقمة واحدة.
غيّر n₁ وn₂ لحساب طول موجة انتقال للهيدروجين.
من المختبر إلى النجوم
يمكن التعرف إلى الصوديوم في اللهب أو الحديد في جو نجم من خطوطهما، لكن التحليل الكمي يتطلب تصحيح استجابة الكاشف والامتصاص الذاتي وشدة المصدر.
الأطياف الذرية والجزيئية. للجزيئات درجات حرية اهتزازية ودورانية فوق الانتقالات الإلكترونية، لذلك تظهر حزم ذات بنية غنية. أما الذرات فتعطي عادة خطوطًا أكثر عزلة.
اختبار اللهب ليس قياسًا كاملًا. لون اللهب مفيد توضيحيًا، لكن الصوديوم مثلًا قد يطغى على ألوان أخرى بتركيز ضئيل. يفصل المطياف الأطوال الموجية ويجعل التعرّف أكثر موثوقية.
تمارين محلولة
استخدم الآلية الفيزيائية أو قواعد المحاسبة قبل تطبيق الاختصار.
خط بالمر
خط بالمر
الحل: وجود خط قرب 656 nm في الهيدروجين يشير إلى الانتقال 3→2، أي Hα من سلسلة بالمر.
خط امتصاص
خط امتصاص
الحل: الخط المظلم فوق خلفية مستمرة يعني أن الذرات نزعت فوتونات بطاقات انتقال مسموحة.
خط أعرض عند التسخين
خط أعرض عند التسخين
الحل: ارتفاع الحرارة يزيد انتشار السرعات ومن ثم اتساع دوبلر؛ هذا يختلف عن إزاحة الطيف كله بسبب سرعة جماعية.