ما هو طيف الانبعاث؟
يُعرّف طيف الانبعاث (بالإنجليزية: Emission Spectrum) على أنّه الشدة النسبيّة للأطوال الموجيّة للطيف الكهرومغناطيسي المنبعث عن جسم ما، أو أي جسم نشط (يصدر إشعاع)، والتي تتكون نتيجة تعريض الذرة أو الجزيء لمصدر حراري أو لتيار كهربائي، فعندما تتعرض الأجسام لهذه المصادر تكتسب طاقة عالية، مما يسبب بعض التصادمات للإلكترونات المكونة لمادة الجسم مع بعضها البعض وبالتالي تنتقل إلى مدارات أعلى، ثُم تبرد مرة أخرى وتعود هذه الإلكترونات إلى مستوى الطاقة الأول، أي تنخفض طاقة الإلكترون، ليخرج شعاع ضوئي ذو تردد محدد يسمى الفوتون.
يُمكن للإلكترون نفسه أن ينتقل إلى عدّة مدارات ضمن الذرة، نتيجة التغيرات في مستويات الطاقة المتباينة واكتسابه طاقة أو فقدانها عند التعرض لمصدر حراري أو كهربائي، وبالتالي تتعدد الأطوال الموجيّة التي يكوّنها طيف الانبعاث، كما يُمكن الاستفادة من طيف الانبعاث لمعرفة مكونات الأجسام الساخنة والنشطة.
كيف تنتج خطوط الانبعاث؟
تظهر خطوط الانبعاث في شكلين؛ إمّا أطياف امتصاص بخطوط داكنة وخلفيّة ساطعة، أو أطياف انبعاث بخطوط ساطعة وخلفية سوداء أو داكنة، وتتكوّن خطوط الانبعاث نتيجة لحدوث تفاعلات بين الإلكترونات التي تدور حول كلًّا من الذرات وفوتونات الضوء، ولكل فوتون (الوحدة الأساسية المكونة للضوء) ضوء تردد معيّن، كما يُمكن حساب تردد الفوتون من خلال القانون (E=hf)؛ إذ:
- E: الطاقة.
- f: تردد الفوتون.
- h: ثابت بلانك والذي يساوي (6.626×10).
عندما يتفاعل الفوتون ذو تردد معيّن مع الإلكترون، فإنّ الإلكترون يكسب طاقة حركيّة كافيّة تمكنّه من الانتقال من مستوى إلى مستوى أعلى في الذرة، ويمتص ذلك الإلكترون الفوتون، ثم يفقد طاقته الحركيّة وينزل من المستوى الأعلى إلى الأقل، ويعود إلى مستوى استقراره، ويصدر فوتون ( طيف الانبعاث) ، وهناك عدّة سلاسل مشهورة لذرة الهيدروجين، وهي كما يلي:
- سلسلة بالمر (بالإنجليزية: Balmer Series): وهي مجموعة خطوط طيف الانبعاث لذرة الهيدروجين الناتجة عن التنقلات من المدار الثاني إلى مدارات أعلى.
- سلسلة لايمان (بالإنجليزية: Lyman Series): وتمثل التنقلات والتحولات إلى المدار الأول، حيث تتضمّن فوتونات ذات ترددات أعلى في منطقة الأشعة فوق البنفسجية.
- سلسلة باشين (بالإنجليزية: Paschen Series): وهي عبارة عن مجوعة من الأطياف الكهرومغناطيسيّة ضمن مجال الأشعة تحت الحمراء .
الفرق بين طيف الانبعاث وطيف الامتصاص
يُمكن ملاحظة الفرق بين كلًّا من طيف الانبعاث وطيف الامتصاص من خلال ما يلي:
- طيف الامتصاص: (بالإنجليزية: Absorption Spectrum)؛ يعد الضوء المرصود من النجوم من الأمثلة على أطياف الامتصاص، فهي تمثل جسمًا ساخنًا موجود في الغلاف الجوي البارد ويتكوّن من غاز معين، ويطلق أطياف سوداء ذات أطوال موجيّة مُحددة تظهر بشكل واضح على الخلفية المضيئة من النجم، مثل الطيف المعروف باسم طيف بلانك، ويتميّز طيف الامتصاص بشكل مُميّز وارتفاع حاد، وتتباين الأطوال الموجيّة لطيف الامتصاص الخاص بالنجوم تبعًا لدرجة حرارة النجم، فالنجوم الزرقاء أكثر نجوم المجرة سخونةً؛ إذ تبلغ حرارتها ما يُقارب 7,500 كلفن؛ وعليه فإنّ لها أكبر طيف امتصاص ذات طول موجي كبير، وأقل طول موجي يكون للنجوم الحمراء والتي تُعدّ من النجوم الأبرد بدرجة حرارة تبلغ 4,000 كلفن.
- طيف الانبعاث: (بالإنجليزية: Emission Spectrum) اكتُشف من قبل العلماء قبل اكتشاف أطياف الامتصاص، من خلال ملاحظة تسخين غاز مكون لجسم معين، فعندما يصل لنقطة توهج معينة يبدأ طيف الغاز بالظهور، ويتميّز بأنّ له أطوال موجيةّ متطابقة ومنفصلة، ويكون للطيف عدة ألوان متوهجة تظهر على الخلفية المضيئة للنجوم المكونة من غازات، كما تُدرس أطياف الانبعاث من أجل معرفة مكونات الأجسام الساخنة كالنجوم البعيدة.
تعريف الطيف
يعرّف الطيف (بالإنجليزية: Spectrum)؛ على أنّه مُخطط يُبيّن شدّة الضوء المنبعثة من مصدر الطاقة أيًّا كان مقدارها، كطيف قوس قزح الطبيعي والناتج عن مرور ضوء الشمس عبر قطرات الماء لينتج مجموعة من الألوان المختلفة ذات الطاقات المختلفة، كما يُساعد التحليل الطيفي العلماء في فهم طبيعة بعض الأحداث والظواهر، كالثقب الأسود، والنجم النيوتروني، وغيرها من الظواهر، وكل طيف في الطبيعة يحمل مجموعة واسعة من المعلومات التي تحتاج إلى تحليل وتفسير.
يصف طيف الانبعاث الأطوال الموجيّة المختلفة للطيف الكهرومغناطيسي الذي ينبعث من جسم ما، أمّا خطوط الانبعاث فتظهر في على شكل خلفية ساطعة وخطوط داكنة وتُعرف باسم أطياف الامتصاص، أو خلفيّة داكنة وخطوط ساطعة وتُعرف باسم أطياف الانبعاث، كما ويُمكن تعريف الطيف على أنّه مُخطط يُبيّن شدّة الضوء الذي تنبعث من مصدر الطاقة بصرف النظر عن مقدارها.
