طیف نشری: تفاوت بین نسخه‌ها

نسخهٔ ‏۱۱ فوریهٔ ۲۰۱۳، ساعت ۱۹:۳۷

اتم ها نمی توانند در حالت بر انگیخته پایدار بمانند. زیرا همان طور که می دانید الکترونها دوست دارند همیشه در تراز نرژی پایین تری حضور داشته باشند. بنا بر این الکترونی که در تراز بالاتر است با از دست دادن انرژی به تراز پایین تر سقوط می کند.

این انرژی ِ از دست رفته چه می شود؟

به صورت یک فوتون تابش می شود. یعنی الکترون با تابش یک فوتون، انرژی از دست می دهد و به تراز پایین تر سقوط می کند. (هیچ راه دیگری برای از دست دادن این انرژی وجود ندارد)

فوتونی که دارای انرژی E است، فرکانس آن را میتوان به این صورت بیان کرد:

گسیلیک فوتون با فرکانس v که به علت سقوط الکترون به تراز پایین تر رخ داده است :

اگر تعداد زیادی اتم داشته باشیم که در حالت بر انگیخته باشند، الکترون این اتمها به تراز پایین تر سقوط کرده و فوتونی در تعدادی فرکانس خاص آزاد می کنند. پس این اتمها در حالت بر انگیخته از خود نور گسیل می کنند تا به حالت پایه برسند. بررسی طیف این نور بسیار جالب است.

اگر الکترون از تراز i به تراز f ارتقا يابد به اندازه تفاوت انرژي اين دو تراز يعني به اندازه( Ef – Ei) انرژي جذب ميکند و در برگشت در صورتي که به همان تراز i برگردد همان مقدار انرژي را نشر ميکند. بنابراين مي توان نتيجه گرفت هرچه تفاوت انرژي دو لايه بيشتر باشد انرژي نور نشري بيشتر و طول موج آن کوتاه تر است. طول موج تابش نشر شره در انتقالات را مي توان با بکار گيري فرمول زير محاسبه کرد.

یک مثال

در شکل زير کليه انتقالات الکترونی اتم هيدروژن نشان داده شده اند چنانچه روشن است در انتقالات اتم هيدروزن چندين سري ديده ميشود:

• 1)سري ليمان ( ni→n1 ) :چون در اين انتقالات برگشت به تراز اول صورت ميگيرد. انرژي نور حاصله بسيار بالا بوده و طول موج ان به قدري کوتاه است که در منطفه فرا بنفش قرار مي گيرد. از اين رو سري ليمان طيف قابل ديدن ندارد.

• 2)سري بالمر ( ni→n2 ) : در اين سري ، الکترون برانگيخته به تراز دوم بر ميگردد. انرژي وطول موج مربوط به اين انتقالات در محدوده مرئي بوده و طيف آن قابل ديدن است

• 3)طيف مرئي در سري بالمر ناشي از انتقالات زير هستند ( n6→n2 ) به رنگ بنفش با طول موج ۴۱۰ نانومتر ( n5→n2 ) به رنگ آبي با طول موج ۴34 نانومتر ( n4→n2 ) به رنگ سبزبا طول موج 486 نانومتر ( n3→n2 ) به رنگ قرمز با طول موج۶۵۶ نانومتر

• 4)سري پاشن ( ni→n3 )  :بر گشت الکترون به تراز سوم ميابشد. اختلاف انرژي در تراز هاي بالاتر کمتراست بنابراين در سري پاشن اختلاف انرژي به قدر کافي کم وطول موج به اندازه کافي بزرگ است که اين انتقالات در محدوده فروسرخ قرار بگيرند از اين روطيف سري پاشن هم قابل رويت نيست.

• 5)سري براکت ( ni→n4 ) : برگشت به تراز چهارم است و مانند سري ليمان در محدوده فروسرخ قرار گرفته از اين رو سري براکت نيز طيف مرئي ندارد.

هم در طيف نشري و هم در طيف جذبي هر عنصر ، طول موجهاي معيني وجود دارد که از ويژگيهاي مشخصه آن عنصر است. يعني طيف هاي نشري و جذبي هيچ دو عنصري مثل هم نيست.

اتم هر عنصر دقيقا همان طول موجهايي از نور سفيد را جذب مي‌کند که اگر دماي آن به اندازه کافي بالا رود و يا به هر صورت ديگر بر انگيخته شود، آنها را تابش مي‌کند.

رسیدن به طیف نشری

چندین راه برای رسیدن انرژی به اتم وجود دارد تا طیف نشری تولید شود. این جا دو راه طبیعی برای تولید طیف ِ نشری شرح داده خواهد شد که اغلب در اجرام ِ آسمانی ورای جو زمین (اجرام ِ نجومی ) رخ می دهد:

• گرم کردن
• تابش نور

گرم کردن

این ساده ترین روش برای تولید طیف نشری است. باز هم یک توده گاز رقیق را در نظر بگیرید که این بار بسیار داغ است. داغ بودن یعنی این که اتم های این گاز با سرعت بسیار بالایی در حال حرکت هستند. البته سرعت همه اتم ها یکسان نیست و اتمها در همه سرعت ها یافت می شوند اما دمای بالا سرعت هایی زیاد را هم مجاز می سازد.

در این حالت، اگر دو اتم به هم برخورد کنند و سرعتشان طوری باشد که بتوانند با استفاده از انرژی برخورد، الکترون را به تراز بالاتر بفرستند، درون این گاز تعداد بسیار زیادی اتم برانگیخته خواهیم داشت.اتم برانگیخته هم پایدار نیست و نوری گسیل می کند که طیف نشری دارد.