تعريف الطيف الذري
الطيف الذري هو نوع من الطيف الخطى غير المتصل، يظهر على شكل خطوط ملونة مفصولة عن بعضها البعض، وذلك عند تحفيز الذرات في الحالة الغازية. يُعتبر الطيف ناتجًا عن تحليل الأمواج الكهرومغناطيسية، سواء كانت مرئية أو غير مرئية. يتكون الضوء في الأساس من موجات كهرومغناطيسية، ويتم تقسيمه إلى قسمين: طيف الامتصاص الخطي وطيف الانبعاث أو الإشعاع الخطي. فيما يلي توضيح لهذه الأجزاء:
طيف الامتصاص الخطي
يظهر طيف الامتصاص الخطي على شكل خطوط سوداء مفصولة، وذلك في نتيجة تحليل الطيف للعنصر عندما تكون ذراته مستثارة في الحالة الغازية بغياب مصدر للحرارة. يعود هذا الأمر إلى انتقال الإلكترونات من مستويات طاقة أدنى إلى مستويات طاقة أعلى.
طيف الانبعاث أو الإشعاع الخطي
على عكس طيف الامتصاص، يظهر طيف الانبعاث على شكل خطوط ملونة منفصلة عند استثارة العنصر في الحالة الغازية بوجود مصدر للحرارة. يحدث ذلك نتيجة انتقال الإلكترونات من مستويات طاقة أعلى إلى مستويات طاقة أدنى، أي عندما تعود الإلكترونات إلى مستويات الاستقرار.
يعد الطيف الذري بصمة فريدة لكل عنصر، ويرجع ذلك إلى أن كل عنصر يتمتع بتركيب ذري خاص به، مما يتيح حركات مختلفة للإلكترونات بين مستويات الطاقة، ولذلك ينتج طيف امتصاص أو انبعاث مميز لكل عنصر.
أهمية الطيف الذري
تُعتبر دراسة الطيف الذري مهمة في العديد من المجالات، ومن أبرز فوائدها:
- استكشاف المجرات والنجوم المحيطة بنا. لكل عنصر بصمة خاصة، ولهذا فإن تحليل الضوء القادم إلى الأرض من النجوم والمجرات البعيدة يساعد في فهم العديد من خصائص هذه الأجرام، مثل التركيب الكيميائي لنجوم معينة ودرجات حرارتها وكثافتها والمسافة عن الأرض وشدة الإشعاع.
- تحديد نقاوة المواد المحفزة المستخدمة في الصناعات الدوائية وقطاع التعدين. يتم استخدامها لتحديد نوع وكمية العناصر الثمينة مثل الذهب والفضة.
سلاسل طيف الانبعاث في ذرة الهيدروجين
افترض العالم نيلز بور أن الذرة تتكون من نواة ذات كثافة عالية محاطة بالإلكترونات، التي تدور في مدارات ذات طاقة محددة، مما يشبه إلى حد ما تكوين الأنظمة الفلكية، إذ يتأكد استقرار بناء النموذج بفضل القوة الكهروستاتيكية بين النواة والإلكترونات.
استطاع بعض العلماء، بالاعتماد على هذا النموذج، اكتشاف ما يُعرف بسلاسل طيف الانبعاث الخطي، التي تتكون نتيجة انتقال الإلكترونات المثارة من مستويات طاقة أعلى إلى مستويات طاقة أدنى. من بين أشهر تلك السلاسل:
- سلسلة ليمان
عندما يعود الإلكترون من أي مستوى طاقة إلى المستوى الأول، يقع الانبعاث الناتج في نطاق الأشعة فوق البنفسجية.
- سلسلة بالمر
عندما يعود الإلكترون المثار من مستوى الطاقة الخارجي إلى المستوى الثاني، ينتمي الانبعاث الناتج إلى نطاق الأشعة المرئية.
- سلسلة باشن
عندما يعود الإلكترون المثار من مستوى الطاقة الخارجي إلى المستوى الثالث، يقع الانبعاث الناتج ضمن منطقة الأشعة تحت الحمراء.