طیف نشری خطی اتم ها و اتم هیدروژن
طیف نشری خطی اتم ها :
هرگاه بخار یك عنصر شیمیایی تحت اثر انرژیهای مختلف از جمله شعله، اختلاف پتانسیل، قوس الكتریكی و یا امواج الكترومغناطیس قرار گیرد از خود نور نشر خواهد نمود. اگر نورمنتشره را از یك منشور عبور دهیم، با توجه به اینكه شكست پرتوهای نورانی در منشور به طول موج آنها بستگی دارد، نور منتشر شده به خطوطی تقسیم میشود كه به آن طیف نشری می‌گویند. این طیف متشكل از تعداد محدودی خطوط رنگین است كه هر خط نشان دهنده طول موج متفاوتی از نور است. طیف خطی هر عنصر منحصر به فرد است.مثلاً هرگاه در یك لامپ تخلیه الكتریكی گاز هیدروژن را در فشارهای خیلی پایین و تحت ولتاژهای بالا قرار دهیم، نور بنفش صورتی رنگ در لامپ آشكار می‌گردد. بدین ترتیب كه بمباران مولكولهای گاز به وسیله الكترونهای منتشره از كاتد در داخل محفظه شیشه‌ای، مولكول هیدروژن را تجزیه كرده و تولید اتم هیدروژن می‌نماید. عده‌ای از این اتمها مقداری انرژی جذب كرده و بلافاصله به صورت پرتوهای نورانی انرژی اضافی خود را دفعمی‌كنند (از ماوراء بنفش تا مادون قرمز). نورهای عبور كرده به منشور تابیده و در آنجا تفكیك شده، و هر دسته از نورها برحسب فركانس خود به صورت خطوطی به شیشه حساس عكاسی می‌تابند. در مورد هیدروژن فقط چهار خط درخشنده قرمز، سبز، بنفش و نیلی دیده میشود كه هر یك معادل با فركانس و انرژی كاملاً مشخص است. میان این خطوط روشن را فضای “تاریك” اشغال می‌كند.هرگاه به جای هیدروژن از گاز نئون استفاده كنیم، می‌بینیم كه نور قرمزی پدید می‌آورد (نور قرمز چراغهای تبلیغاتی) كه آن هم در طیف نما به چند خط نوری مشخص و منفصل تجزیه میشود. معمای بزرگ دانشمندان این بود كه چرا هر اتم خطوط طیفی ویژه و با انرژی معین دارد؟
مهمترین روشها برای بر انگیختن اتم (یا مولكول) جهت طیف نشری عبارتند از:
1-قرار دادن جسم در شعله (طیف شعله) كه در مورد نمكها متداول است.
2-ایجاد تخلیه الكتریكی درون گازها (طیف تخلیه) كه در موردمواد گازی شكل متداول است.
3- افزایش دمای جسم جامد تا حالت التهاب، كه در مورد فلزات و مواد جامد متداول است (طیف جسم ملتهب).
4- قرار دادن جسم در گرمای حاصل از یك كمان الكتریكی كه در مورد فلزات قلیایی و قلیایی خاكی و تركیبات آنها متداول است (طیف كمان و یا طیف جرقه).بنابراین می توان نتیجه گرفت هرچه تفاوت انرژی دو لایه بیشتر باشد انرژی نورنشری بیشتر و طول موج آن کوتاه تر است .
در شکل زیر کلیه انتقالات الکترونی اتم هیدروژن نشان داده شده اندچنانچه روشن است در انتقالات اتم هیدروژن چدین سری دیده میشود :
ا) سری لیمان : ( ni→n1 ) چون در این انتقالات برگشت به تراز اول صورتمیگیرد . انرژی نور حاصله بسیار بالا بوده و طول موج ان به قدری کوتاه است کهدر منطفه فرا بنفش قرار می گیرد . از این رو سری لیمان طیف قابل دیدن ندارد.
2) سری بالمر ( ni→n2 ) : در این سری ، الکترون برانگیخته به تراز دوم برمیگردد . انرژی وطول موج مربوط به این انتقالات در محدوده مرئی بوده و طیف آنقابل دیدن است.
4 طیف مرئی در سری بالمر ناشی از انتقالات زیر هستند :
( n6→n2 ) به رنگ بنفش با طول موج ۴۱۰ نانومتر
( n5→n2 ) به رنگ آبی با طول موج ۴34 نانومتر
( n4→n2 ) به رنگ سبزبا طول موج 486 نانومتر
( n3→n2 ) به رنگ قرمز با طول موج۶۵۶ نانومتر
3) سری پاشن ( ni→n3 ) : بر گشت الکترون به تراز سوم میابشد . اختلافانرژی در تراز های بالاتر کمتراست بنابراین در سری پاشن اختلاف انرژی به قدرکافی کم وطول موج به اندازه کافی بزرگ است که این انتقالات در محدودهفروسرخ قرار بگیرند از این روطیف سری پاشن هم قابل رویت نیست
4) سری براکت ( ni→n4 ): برگشت به تراز چهارم است و مانند سریلیمان در محدوده فروسرخ قرار گرفته از این رو سری براکت طیف مرئی ندارد.
نکته
- هم در طیف نشری و هم در طیف جذبی هر عنصر ، طول موجهای معینیوجود دارد كه از ویژگیهای مشخصه آن عنصر است. یعنی طیفهای نشری وجذبی هیچ دو عنصری مثل هم نیست.
- اتم هر عنصر دقیقا همان طول موجهایی از نور سفید را جذب می‌كند كه اگردمای آن به اندازه كافی بالا رود و یا به هر صورت دیگر بر انگیخته شود، آنها را تابش می‌كند.
شناسایی عناصر از طیف نشری خطی :
فرض می کنیم مقداری از یک عنصر مجهول را داریم . برای شناسایی این عنصر ، طیف نشری خطی آن را به وسیله ی دستگاه هایی (همانند توضیحات بالا ) تهیه می کنند ، سپس با طیف نشری خطی عنصر های مختلف ( که به عنوان مرجع در دست است ) مقایسه می کنند .بدیهی است که اگر طیف نشری خطی به دست آمده با یکی از طیف نشری خطی های موجود در مرجع ، دقیقا مشابه بود ، نام عنصر مشخص می شود .
استفاده از طیف نشرش خطی :
کاربرد طیف های نشری خطی از برخی جنبه ها مانند کاربرد خط نماد ( bar code ) روی جعبه یا بسته ی مواد غذایی یا بسیاری از کالا هایی که در بازار به فروش می رسند . هر نوع کالایی خط نماد خاص خود را دارد و با خواندن خط نماد به کمک دستگاه لیزری ویژه ای که به رایانه متصل است ، نوع و قیمت کالا به سرعت بر روی صفحه ی نمایشگر ظاهر می شود .
