أهداف الدرس

1. • أن يفرق الطالب بين طيف الانبعاث وطيف الامتصاص.
2. • أن يفسر خطوط الطيف بنموذج بور.
3. • أن يحسب طول موجة الخط الطيفي.

الطيف الذري

• عندما يمر تيار كهربي في غاز مخلخل ينبعث ضوء، وعند تحليله بمنشور يظهر طيف خطي مكون من خطوط ملونة منفصلة، لكل عنصر خطوط مميزة تعمل كبصمة له.
• تكتسب ذرات الغاز طاقة فتقفز إلكتروناتها إلى مستويات أعلى، ثم تعود إلى مستوياتها الأدنى مطلقة فوتونات طاقة كل منها تساوي فرق الطاقة بين المستويين المعنيين، ويتحدد لون كل خط بتردد الفوتون المنبعث.
• ويظهر هذا بوضوح في طيف غاز الهيدروجين، وكان الطيف الخطي لهذا الغاز المفتاح الذي اعتمد عليه نيلز بور في وضع نموذجه الذري عام 1913.

أنواع الأطياف

• تتضح أهمية طيف الامتصاص في دراسة الأجرام البعيدة، إذ رصد العالم فرانهوفر آلاف الخطوط المعتمة في طيف الشمس المستمر، وعُرفت هذه الخطوط باسم خطوط فرانهوفر.
• ومن هذه الخطوط استُنتج أن الغلاف الجوي للشمس يتكون أساساً من عنصري الهيدروجين والهيليوم، أي أن كل غاز يترك بصمته في الضوء الذي يمر خلاله، سواء بالانبعاث أو بالامتصاص.

نموذج بور

• • الإلكترون يدور في مدارات مسموحة دون أن يشع طاقة.
• • لكل مدار مستوى طاقة محدد.
• • ينتقل الإلكترون بين المستويات بامتصاص أو انبعاث كمية طاقة (فوتون).
• • طاقة الفوتون المنبعث تساوي فرق الطاقة بين المستويين:

h × f = E2 − E1

• ترتبط طاقة الفوتون بطول موجته بالعلاقة ΔE = h × c / λ، فيكون طول الموجة λ = h × c / ΔE.
• وكلما زاد فرق الطاقة بين المستويين قصر طول الموجة المنبعثة.
• وفي حالة الانبعاث يكون E2 هو المستوى الأعلى، فتكون قيمة ΔE موجبة، ويجب تحويل الطاقة إلى الجول وطول الموجة إلى المتر قبل التعويض.

سلاسل الطيف

• • سلسلة ليمان انتقالات إلى المستوى الأول، وتقع في منطقة فوق البنفسجية.
• • سلسلة بالمر انتقالات إلى المستوى الثاني، وتقع في المنطقة المرئية.
• • سلسلة باشن انتقالات إلى المستوى الثالث، وتقع في منطقة تحت الحمراء.
• تُسمى كل متسلسلة باسم المستوى النهائي الذي تهبط إليه الإلكترونات، والمستويات الابتدائية لها أعلى من ذلك المستوى؛ فمستويات ليمان تبدأ من n = 2، ومستويات بالمر تبدأ من n = 3.
• وتضم سلسلة بالمر الخطوط المرئية الأربعة الشهيرة (الأحمر والأخضر والأزرق والبنفسجي).
• أما سلسلة براكت فتنتهي عند المستوى الرابع (n = 4) وتقع في الأشعة تحت الحمراء، وسلسلة فوند تنتهي عند المستوى الخامس (n = 5) في أقصى منطقة تحت الحمراء، وهي الأقل طاقة والأقل تردداً والأطول طولاً موجياً بين المتسلسلات الخمس.

طاقة المستوى في ذرة الهيدروجين

E = − 13.6 ÷ n² إلكترون فولت

• حيث n رقم المستوى. وتكون الطاقة سالبة لأن الإلكترون مرتبط بالنواة، وتقترب من الصفر عند المستويات العليا.
• تزداد الطاقة، أي تقل قيمتها السالبة، بزيادة رقم المستوى، فالمستوى الأول (n = 1) هو الأقل طاقة وطاقته -13.6 إلكترون فولت، أما المستوى الرابع (n = 4) فطاقته -0.85 إلكترون فولت، أي أنه أعلى بكثير رغم أن مقداره المطلق أصغر.
• ويُقارن بين المستويات بالقيمة الجبرية لا بالقيمة المطلقة.
• ولتحويل الطاقة من إلكترون فولت إلى جول تُضرب القيمة في 1.6 × 10-19.

مثال محلول

• احسب تردد الفوتون المنبعث عند انتقال الإلكترون في ذرة الهيدروجين من المستوى الثالث إلى الثاني.

E3 = − 13.6 ÷ 9 = − 1.51 إلكترون فولت

E2 = − 13.6 ÷ 4 = − 3.4 إلكترون فولت

• الفرق = 1.89 إلكترون فولت = 3.02 × 10 أس سالب 19 جول

f = E ÷ h = 4.6 × 10 أس 14 هرتز

تقييم سريع

1. 1- لماذا يعتبر الطيف الخطي بصمة للعنصر؟
2. 2- لماذا تكون طاقة الإلكترون سالبة؟
3. 3- أي سلسلة تقع في المنطقة المرئية من طيف الهيدروجين؟