مقدمة حول الأطياف الذرية
الأطياف الذرية هي عبارة عن مجموعة من الأطوال الموجية الكهرومغناطيسية المميزة التي تبعثها الذرة عندما تنتقل من حالة الإثارة إلى حالة الاستقرار. عندما تكتسب الذرة طاقة، فإن إلكتروناتها تنتقل من مستوى طاقة أدنى (مستقر) إلى مستوى طاقة أعلى (مثار). وعند عودة هذه الإلكترونات إلى مستواها الأصلي، فإنها تفقد الطاقة التي اكتسبتها على شكل إشعاع ضوئي. هذا الإشعاع الضوئي هو ما يعرف بالطيف الذري، ويمكن أن يكون مرئياً أو غير مرئياً.
أصناف الأطياف الذرية
توجد عدة أنواع من الأطياف الذرية، والتي تختلف حسب طريقة إنتاجها وخصائصها. فيما يلي الأنواع الرئيسية:
الطيف الانبعاثي
الطيف الانبعاثي هو مجموعة من ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعثة من ذرة أو جزيء عندما ينتقل من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل. الطاقة المنبعثة تساوي فرق الطاقة بين المستويين. كل عنصر كيميائي لديه طيف انبعاث فريد يميزه عن العناصر الأخرى.
ينشأ الطيف الانبعاثي عند تسخين عنصر كيميائي. تمتص الذرة طاقة حرارية وتتحول إلى طاقة حركية للإلكترونات، مما يؤدي إلى إثارتها وانتقالها إلى مستوى طاقة أعلى. عندما تعود الإلكترونات إلى مستواها الأصلي، فإنها تتخلص من الطاقة على شكل شعاع ضوئي بتردد معين. تميل الإلكترونات في الذرة إلى التواجد في حالة تكون فيها طاقة الذرة أقل ما يمكن. يُستخدم جهاز الانبعاث الذري لقياس شدة الضوء المنبعث عند طول موجي معين لتحديد كمية العنصر في العينة.
هناك نوعان رئيسيان من الطيف الانبعاثي:
- الطيف المستمر (المتصل): يتكون من حزم ضوئية غير منقطعة، أي متصلة الترددات. يظهر على شكل شريط بدون فراغات أو فواصل ويحتوي على ألوان الطيف السبعة. يتطلب هذا النوع من الطيف درجة حرارة عالية للعنصر الكيميائي. مثال عليه: الطيف الشمسي.
- الطيف الخطي (غير متصل): يتكون من أطوال موجية (ألوان) محدودة، مثل طيف الهيدروجين (H)، طيف النيون (Ne)، وطيف الزئبق (Hg). ينتج من خلال إثارة ذرات أحد هذه العناصر، والتي تبعث الطاقة التي اكتسبتها على شكل ضوء محدود الألوان.
طيف الامتصاص
طيف الامتصاص هو حزمة من الأطوال الموجية التي تنتج عند امتصاص عنصر أو بخار عنصر للضوء المار فيه. ينتج هذا الطيف عند مرور ضوء أبيض من خلال بخار العنصر، مما يؤدي إلى ظهور خطوط سوداء.
يحتاج هذا الطيف إلى تعريض ذرات العنصر للحرارة، مما يؤدي إلى انتقال الذرات من مستوى طاقة منخفض إلى مستوى طاقة أعلى. لا يبقى الإلكترون في مستوى الطاقة الأعلى لفترة طويلة، بل يعود بسرعة إلى المستوى الأقل طاقة.
يستخدم هذا الطيف لتحديد نوع الغاز والأطوال الموجية للخطوط السوداء في طيف امتصاص الغاز. كما يستخدم في مجالات علمية واسعة، مثل علم الأدوية وعلم السموم وفي التحليل السريري للمعادن في السوائل مثل الدم والبول والكبد والشعر.
التباين بين الطيف الانبعاثي والطيف الامتصاصي
هناك العديد من الفروق بين طيف الامتصاص وطيف الانبعاث، ومن أبرزها:
- في طيف الانبعاث، تظهر خطوط ملونة مختلفة، بينما في طيف الامتصاص تظهر خطوط داكنة اللون.
- طيف الامتصاص ينتج عندما تمتص الذرات الطاقة، بينما طيف الانبعاث ينتج عندما تطلق الذرات الطاقة.
- طيف الانبعاث يحدد نوع العناصر المكونة للمادة، ولكل عنصر مستوى انبعاث خاص فيه، بينما طيف الامتصاص يمكن من خلاله تحديد عدد المواد الموجودة في العينة، ومعرفة مدى قدرة أجسام محددة من امتصاصها للطاقة.
