ما الفرق بين طيف الامتصاص وطيف الانبعاث

ماهي أطياف الانبعاث

تنتمي الإلكترونات المحيطة بنواة الذرة إلى سلسلة من مستويات الطاقة المتزايدة، ويحتوي كل عنصر على عدد فريد من الإلكترونات في تكوين فريد. وبالتالي، فإن كل عنصر له مجموعته المميزة من مستويات الطاقة، ويعمل هذا الترتيب لمستويات الطاقة كبصمة فريدة للذرة.

في أوائل القرن العشرين وجد العلماء أن تسخين السائل أو الصلب إلى درجات حرارة عالية من شأنه أن يعطي مجموعة واسعة من ألوان الضوء، ومع ذلك فإن الغاز المسخن إلى درجات حرارة مماثلة لن ينبعث منه الضوء إلا عند أطوال موجية معينة لم يتم فهم سبب هذه الملاحظة في ذلك الوقت، ولقد درس العلماء هذا التأثير باستخدام أنبوب التفريغ.

قد تمت دراسة أنه عند تطبيق جهد عالٍ عبر الأنبوب بشكل كافٍ، يتأين الغاز ويعمل كموصل، مما يسمح للتيار بالتدفق عبر الدائرة، ويثير التيار ذرات الغاز المؤينة، وعندما تعود الذرات إلى حالتها الأساسية، فإنها تطلق فوتونات لنقل الطاقة الزائدة.

انبوب التفريغ في اطياف الانبعاث

إضافة إلى معرفة الوقت الذي يظهر فيه طيف الانبعاث، يتألف أنبوب التفريغ من أنبوب زجاجي يحتوي على غاز ولوحة معدنية في كلا الطرفين. إذا تم تطبيق فرق جهد كبير بين اللوحين المعدنيين، فإن ذرات الغاز داخل الأنبوب ستمتص طاقة كافية لفصل بعض إلكتروناتها، أي أن ذرات الغاز تصبح مشحونة إيجابيا.

تبدأ هذه الإلكترونات في التحرك عبر الغاز وتولد تيارا، مما يرفع بعض الإلكترونات في الذرات الأخرى إلى مستويات طاقة أعلى. ثم عندما تعود الإلكترونات إلى حالتها الأصلية في الذرات، فإنها تنبعث كإشعاع كهرومغناطيسي. يتم عرض كمية الضوء المنبعث بأطوال موجية مختلفة في أنبوب تفريغ مملوء بغاز الهيدروجين، وترى طول الموجة المحددة للضوء فقط.

لقد أدرك العلماء أن هذه الخطوط تأتي من فوتونات ذات طاقة معينة التي تنبعث من الإلكترونات، مما يجعل الانتقال بين مستويات طاقة معينة للذرة، عندما ينخفض ​​إلكترون في الذرة من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أقل، فإنه يصدر فوتونًا ليحمل الطاقة الإضافية، طاقة هذا الفوتون تساوي فرق الطاقة بين مستويي الطاقة (ΔE).

طاقات الفوتونات المنبعثة هي نفسها فرق الطاقة بين مستويين من الطاقة، ويمكن التفكير في الامتصاص كعملية معاكسة، وفي هذه الحالة ستشير الأسهم إلى الأعلى وستقفز الإلكترونات إلى مستويات أعلى عندما تمتص فوتونًا من الطاقة المناسبة، كما يتم تجميع الترانزيستونات في سلسلة بناءً على أدنى مستوى متضمن في الانتقال.

لا يعد الضوء المرئي النوع الوحيد من الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث، إذ يمكن للتحولات الأكثر نشاطًا أو أقل نشاطًا أن تنتج الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء، ولكن بسبب وجود مستويات طاقة مميزة لكل ذرة، تنتج كل ذرة طيف انبعاث فريد لها.

تعريف أطياف الامتصاص

الذرات لا تصدر الفوتونات فقط ؛ كما أنها تمتص الفوتونات، إذا اصطدم فوتون بذرة وكانت طاقة الفوتون هي نفس الفجوة بين مستويين من طاقة الإلكترون في الذرة، فإن الإلكترون في مستوى الطاقة الأدنى يمكنه امتصاص الفوتون والقفز إلى مستوى الطاقة الأعلى، إذا كانت طاقة الفوتون لا تتوافق مع الفرق بين مستويين من الطاقة، فلن يتم امتصاص الفوتون (لا يزال من الممكن أن يتشتت).

من خلال استخدام هذا التأثير، يمكننا الحصول على أطياف الامتصاص لمختلف المواد إذا كان لدينا مصدرا للفوتونات بطاقات متفاوتة، وكوسيلة للحصول على طيف الامتصاص، ألق الضوء الأبيض فقط على عينة من المادة المهتم بها، حيث يتكون الضوء الأبيض من جميع الأطوال الموجية المختلفة للضوء المرئي، وسيظهر في طيف الامتصاص ثغرات تتوافق مع الطاقات وأطوال الموجة التي تختلف في مستويات الطاقة للعنصر المراد دراسته.

تظهر الفوتونات الممتصة كخطوط سوداء في الطيف الكهرومغناطيسي؛ لأنه تم امتصاص الفوتونات ذات الأطوال الموجية الخاصة بها. وبسبب ذلك، يكون طيف الامتصاص هو الطيف العكسي لطيف الانبعاث بالضبط. كما يمكن استخدام تقنيات الانبعاث والامتصاص للحصول على المعلومات حول مستويات الطاقة في الذرة.

العملية المعاكسة للانبعاث

تتوافق الخطوط المظلمة مع ترددات الضوء التي يتم امتصاصها من الغاز، ويحدث الأمر نفسه عندما يتم امتصاص الإلكترونات للفوتونات الضوئية، حيث تتحرك الإلكترونات إلى مستويات طاقة أعلى، وهذه العملية هي العكسية لعملية الانبعاث.

تتوافق الخطوط المظلمة، وهي خطوط الامتصاص، مع ترددات طيف الانبعاث لنفس العنصر، وكمية الطاقة التي يمتصها الإلكترون للانتقال إلى مستوى أعلى هي نفس كمية الطاقة المنبعثة عند العودة إلى مستوى الطاقة الأصلي.

مقارنة بين طيف الامتصاص وطيف الانبعاث

هناك العديد من الفروق بين طيف الامتصاص وطيف الانبعاث، ويمكن التعرف عليها من خلال جدول بسيط يوضح أهم هذه الفروق كما يلي

من خلال هذا الجدول يوضع أهم المعلومات حول الفرق بين طيف الامتصاص وطيف الانبعاث بشكل مفصل، فإن ينهم العديد من الفروق المختلفة والتي يمكن الكشف عنها من خلال التعريف الخاص بطيف الامتصاص وطيف الانبعاث، فإنه بالنسبة إلى الطلاب في المراحل التعليمية المختلفة يتم دراسة الأطياف في مادة العلوم والفروق بينها.