طیف نشری خطی

مواج الکترومغناطیس شامل محدوده وسیعی از طول موج ها هستند که تنها بخش کوچکی از آن توسط چشم ما قابل دیدن است. این امواج از طول موجهای بسیار کوتاه با انرژی های بسیار بزرگ مانند اشعه گاما تا طول موج های بسیار بلند باانرژی های بسیار کم مانند امواج رادیویی را در برمیگیرند . از این بین تنها بخش کوچکی از امواج توسط چشم ماقابل دیدن می باشد. وقتی شعاعی از تابش الکترومغناطیس از یک منشور میگذرد ، شکسته می شود . درجه شکست بستگی به طول موج آن شعاع دارد طول موج های کوتاه بیش از طول موج های بلند شکسته میشوند بنابراین برای تجزیه یک شعاع تابش متشکل از طول موجهای مختلف به طول موج های تشکیل دهنده آن می توان از منشور استفاده کرد. طیف پیوسته و خطی چون نور سفید ترکیبی از تمامی رنگهاست و تمامی طول موجهای محدوده مرئی راشامل میشود پس اگر از منشور عبور کند نوار عریضی از رنگها را شامل میشود که مانند رنگین کمان پیوسته ای است که در آن کناره هر نوار رنگی به کناره نوار مجاوردر هم می آمیزد مثلا بنفش در آبیو آبی در سبز و .... به این طیف، طیف پیوسته میگویند زیرا تمامی طول موج ها در بر می گیرد. ولی اگر شعاعی که از منشور میگذرد همه طول موج ها نداشته باشد طیف حاصله یک طیفی است که طیف خطی نامیده میشود طیف خطی فقط شامل طول موجهای معینی بوده و در بین خطوط مربوط به طول موجهای خاص نوار های تاریک دیده میشود . از دیدگاهی دیگر طیف ها را می توان به دو نوع جذبی و نشری تقسیم کرد: طیف جذبی : وقتی به یک ماده نوری را میتابانیم ماده قسمتی از نور تابیده شده را جذب کرده وباقی را عبور دهد اگر نور عبور کرده را از یک منشور عبور دهیم به طیف حاصله طیف جذبی میگویند . طیف جذبی میتواند خطی یا پیوسته باشد. طیف نشری : اگر یک ماده را از طریق حرارت دادن ویا قوس الکتریکی و یا یه هر طریق دیگر به شدت گرم کنیم ماده از خود نور تابش میکند ( پدیده نشر ) در صورتیکه تابش نشرشده را از یک منشور عبور دهیم به طیف حاصله طیف نشری گفته میشود طیف نشری هم میتواند خطی یا پیوسته باشد طیف نشری خطی 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 نور منتشره 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 دفع می‌كنند (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 نور نشری بیشتر و طول موج آن کوتاه تر است . در شکل زیر کلیه انتقالات الکترونی اتم هیدروژن نشان داده شده اند چنانچه روشن است در انتقالات اتم هیدروژن چدین سری دیده میشود : ا) سری لیمان : ( ni→n1 ) چون در این انتقالات برگشت به تراز اول صورت میگیرد . انرژی نور حاصله بسیار بالا بوده و طول موج ان به قدری کوتاه است که در 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 بر میگردد . انرژی وطول موج مربوط به این انتقالات در محدوده مرئی بوده و طیف آن قابل 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 . اختلاف انرژی در تراز های بالاتر کمتراست بنابراین در سری پاشن اختلاف انرژی به قدر کافی کم وطول موج به اندازه کافی بزرگ است که این انتقالات در محدوده فروسرخ قرار بگیرند از این روطیف سری پاشن هم قابل رویت نیست 4) سری براکت ( ni→n4 ): برگشت به تراز چهارم است و مانند سری لیمان در محدوده فروسرخ قرار گرفته از این رو سری براکت نیز طیف مرئی ندارد. نکته 1. هم در طیف نشری و هم در طیف جذبی هر عنصر ، طول موجهای معینی وجود دارد كه از ویژگیهای مشخصه آن عنصر است. یعنی طیفهای نشری و جذبی هیچ دو عنصری مثل هم نیست. 2. اتم هر عنصر دقیقا همان طول موجهایی از نور سفید را جذب می‌كند كه اگر دمای آن به اندازه كافی بالا رود و یا به هر صورت دیگر بر انگیخته شود، آنها را تابش می‌كند.