طیف گسیلی و جذبی

سال‌ها بعد از كار ملویل فیزیكدانی آلمانی به نام فرانهوفر در سال 1193 هجری شمسی (1814 م) بر پایه كارهای 10 سال قبل یك دانشمند انگلیسی و با استفاده از ابزارهای مناسب‌تر به بررسی طیف خورشید پرداخت و متوجّه وجود خطوط تاریكی مطابق شكل زیر در طیف خورشید شد.

در شكل زیر برجسته ترین خط‌های تاریك موجود در طیف خورشید با حروف A، B و C و … مشخص شده‌اند.

بعدها مشخص شد كه گازهای موجود در جو خورشید، بعضی از طول موج‌های گسیلی از خورشید را جذب می‌كنند كه اثر آن به‌صورت خطوط تاریك در طیف پیوسته نور خورشید ظاهر می‌شود.

در شكل سمت راست چگونگی حذف یك طول موج توسط یك گاز نشان داده شده است.

بنابراین می‌توان گفت مطابق شكل زیر ما با سه نوع طیف سر و كار داریم.

1- طیف پیوسته گسیلی از جسم جامد یا مایع ملتهب كه قبلاً به‌طور مفصل مورد بررسی قرار گرفت.

2- طیف گسسته (غیر پیوسته) گسیلی از اتم گازها.

3- طیف گسسته (غیر پیوسته) جذبی، كه در هنگام عبور نور سفید از گاز سرد چنین طیفی ایجاد می‌شود.

بعدها برای بررسی طیف‌ها به جای منشور از توری پراش استفاده شد. توری پراش شامل سوراخ‌های بسیار ریز یا شكاف‌های بسیار باریك بوده و همان طور كه در شكل‌های زیر می‌بینید توسط توری پراش (شكل الف) می‌توانیم طیف‌های (شكل ب) را ببینیم.

به بازتابش نور خورشید از روی یك CD نگاه كنید. آیا تجزیه نور (رنگین كمان) را می‌بینید؟ آیا CD حكم توری پراش را می‌تواند داشته باشد؟

نكته قابل توجّه و جالب در طیف گسیلی و جذبی آن است كه این دو طیف برای هر عنصر منحصر به فرد می‌باشد. به عبارتی این دو طیف همانند اثر انگشت برای شناسایی عناصر قابل استفاده هستند.

در شكل زیر طیف گسیلی چند عنصر دیده می‌شود. آن ها را با طیف گسیلی پیوسته موجود مقایسه كنید.

همان طور كه در شكل زیر می‌بینید طیف گسیلی و جذبی یك عنصر در حالت گازی مشابه یكدیگر است. با این تفاوت كه در طیف جذبی یك زمینه روشن با خط ‌های باریك سیاه داریم و در طیف گسیلی یك زمینه تاریك با خط‌ های باریك روشن خواهیم داشت.

طیف گسیلی  

طیف جذبی 

به عبارتی طول موج‌هایی از نور سفید كه توسط یك عنصر در حالت گازی جذب می‌شود همان طول موج‌هایی است كه آن عنصر در حالت ملتهب گسیل می‌دارد.

تهیه و بررسی طیف‌های گسیلی و جذبی را طیف نگاری یا طیف نمایی گویند. به كمك همین روش عناصر مختلفی (مانند روبدیوم، سزیوم، گالیوم و …) كشف شدند. همچنین دانشمندان با به كارگیری این روش توانستند برخی از تركیبات شیمیایی اجرام سماوی مثل خورشید را مشخص كنند.

به نظر شما آیا گسیل یا جذب نور توسط اتم یك عنصر با قوانین فیزیك كلاسیك قابل توجیه است؟

ولی فیزیك كلاسیك قادر نیست توجیه كند كه چرا هر اتم طیف خاص خود را گسیل می‌دارد. همچنین برای طیف جذبی طبق فیزیك كلاسیك می‌توان گفت وقتی به اتم یك عنصر نوری بتابد، میدان الكتریكی موج فرودی باعث ارتعاش الكترون اتم می‌شود و این ارتعاش باعث جذب انرژی توسط الكترون شود.

ولی باز هم فیزیك كلاسیك نمی‌تواند بگوید كه چرا هر عنصر طول موج‌های خاص خود را جذب می‌كند.

در سال 1292 هجری شمسی (1913 م) نیلز بور فیزیكدان دانماركی با بیان فرضیه‌های جدید درباره اتم، طیف اتمی را توجیه كرد. در فصل‌های بعدی به این مطالب بیشتر می‌پردازیم.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: محسنی

تنظیم: مریم فروزان کیا