تعريف الأطياف الذرية
تشير الأطياف الذرية إلى مجموعة من الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية الناتجة عن ذرة مثارة عندما تعود إلى حالتها المستقرة. ويعني “ذرة مثارة” أن الذرة قد حصلت على طاقة كافية لنقل إلكتروناتها من مستوى طاقة أقل (حالة مستقرة) إلى مستوى طاقة أعلى (حالة مثارة). وعند عودة هذه الإلكترونات إلى مستوياتها المستقرة، تُبعث الطاقة المكتسبة في شكل إشعاع ضوئي، مما يعرف بالطيف الذري، الذي يمكن أن يتضمن إشعاعات مرئية أو غير مرئية.
أنواع الأطياف الذرية
تتضمن الأطياف الذرية الأنواع التالية:
طيف الانبعاث
يمثل طيف الانبعاث مجموعة من ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعثة من ذرة أو جزيء ينتقل من حالة طاقة أعلى إلى حالة طاقة أقل. الطاقة المنبعثة تعادل فرق الطاقة بين المستويين. يتمتع كل عنصر كيميائي بطيف انبعاث خاص يميزه عن العناصر الأخرى.
يتولد طيف الانبعاث عند تسخين العنصر الكيميائي، حيث تمتص الذرات الطاقة الحرارية وتحولها إلى طاقة حركية للإلكترونات. تؤدي هذه الطاقة إلى إثارة الإلكترونات، مما يجعلها تنتقل إلى مستوى طاقة أعلى، لتعود بعد ذلك إلى المستوى الأقل طاقة. في هذه العملية، تفقد الإلكترونات الطاقة على شكل شعاع ضوئي بتردد معين. تمتاز الإلكترونات في الذرة بميول نحو شكل معين يقلل من طاقة الذرة، ويستخدم جهاز الانبعاث الذري لقياس شدة الضوء المنبعث عند طول موجي محدد لتحديد كمية العنصر في العينة. وهناك نوعان رئيسيان لطيف الانبعاث، وهما:
- الطيف المستمر (المتصل)
يتميز هذا الطيف بوجود حزم ضوئية متصلة بدون انقطاع، ويظهر كشريط من الألوان دون فواصل، ويحتوي على الألوان السبعة لطيف الضوء (الأحمر، البرتقالي، الأصفر، الأخضر، الأزرق، النيلي، البنفسجي). يتطلب هذا النوع من الطيف درجات حرارة عالية لتكوين هذا الانبعاث. مثال على ذلك هو الطيف الشمسي.
- الطيف الخطي (غير المتصل)
يتكون هذا الطيف من أطوال موجية محدودة مثل (طيف الهيدروجين H، طيف النيون Ne، وطيف الزئبق Hg). وهو ينتج عن إثارة ذرات أحد هذه العناصر، حيث تُبعث الطاقة المكتسبة أثناء الإثارة على شكل ضوء محدود الألوان.
طيف الامتصاص
يُعرَف طيف الامتصاص بأنه مجموعة من الأطوال الموجية الناتجة عن امتصاص عنصر أو بخار عنصر ما الضوء الذي يمر عبره. يحدث هذا الطيف عند مرور ضوء أبيض من خلال بخار العنصر، مما ينتج عنه خطوط طيف امتصاص تظهر بشكل خطوط مظلمة.
يتطلب هذا الطيف تسخين ذرات العنصر حتى تنتقل إلى مستوى طاقة أعلى، وعندما يكون الإلكترون في المستوى العلوي، لا يبقى طويلاً قبل أن يعود بسرعة إلى المستوى الأدنى في الطاقة.
يستخدم طيف الامتصاص لتحديد نوع الغاز وكشف الأطوال الموجية للخطوط السوداء فيه. كما يُستخدم في مجالات علمية متعددة مثل علم الأدوية، علم السموم، والتحليل السريري للمعادن في سوائل مثل الدم والبول والكبد والشعر.
مقارنة بين طيف الانبعاث وطيف الامتصاص
تتواجد فروق عديدة بين طيف الانبعاث وطيف الامتصاص، وأبرزها تشمل:
- يحتوي طيف الانبعاث على خطوط ملونة متنوعة، بينما يظهر طيف الامتصاص خطوطاً داكنة.
- يتولد طيف الامتصاص نتيجة لامتصاص الذرات للطاقة، في حين ينتج طيف الانبعاث عند إطلاق الذرات للطاقة.
- يساهم طيف الانبعاث في التعرف على نوع العناصر المكونة للمادة، حيث يتميز كل عنصر بمستوى انبعاث خاص، بينما يستطيع طيف الامتصاص تحديد عدد المواد في العينة وقدرة المواد على امتصاص الطاقة.