فيديو الدرس: انتقالات الإلكترون بين مستويات الطاقة الفيزياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نحسب طاقة الفوتون الممتص أو المنبعث عند انتقال إلكترون من مستوى طاقة ذري إلى آخر.

٢٥:٢٤

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتناول انتقالات الإلكترون بين مستويات الطاقة. وسوف نتناول، على وجه التحديد، كيف يمكننا تمثيل كميات الطاقة المختلفة التي يمكن أن تمتلكها إلكترونات الذرات. وسنرى أيضًا كيف يمكننا حساب تردد الضوء المنبعث أو الممتص عندما يكتسب الإلكترون طاقة أو يفقدها.

بداية، دعونا نذكر أنفسنا ببعض المبادئ الأساسية التي يقوم عليها سلوك الإلكترونات. نعلم أن الإلكترونات جسيمات سالبة الشحنة تحيط بنوى الذرات. يمكن أن تتمتع الإلكترونات بكميات مختلفة من الطاقة. لكن من المهم جدًّا أن تكون كميات الطاقة الممكنة لإلكترون منفصلة. وهذا يعني أن الإلكترونات الموجودة في الذرات لا يمكن أن تحتوي إلا على كميات محددة من الطاقة.

يمكننا تمثيل ذلك باستخدام مخطط مستوى الطاقة، مثل هذا. هنا، لدينا محور طاقة يشير لأعلى. ويقع هذان الخطان الأفقيان عند نقاط محددة على محور الطاقة، تناظر كميات الطاقة الممكنة للإلكترونات في ذرة معينة. إذن، يوضح لنا هذا الشكل أن طاقة الإلكترون في ذرة معينة قد تأخذ أيًّا من هذه القيم المحددة على محور الطاقة. لكنها لا يمكن أن تأخذ أي قيمة من القيم الموجودة بينها. عادة، يشار إلى الكميات المسموح بها من الطاقة التي تمثلها الخطوط الأفقية بمستويات الطاقة. وعندما يكون للإلكترون كمية معينة من الطاقة، نقول إنه يشغل مستوى الطاقة ذاك. ويمكننا توضيح مستويات الطاقة التي تشغلها الإلكترونات عن طريق رسم الإلكترونات على الشكل الذي لدينا، هكذا.

إذن يوضح لنا مخطط مستوى الطاقة أنه يوجد إلكترون واحد في هذه الذرة. ولأن هذا الإلكترون يشغل أقل مستوى طاقة ممكنًا، فهذا يعني أن له أقل كمية ممكنة من الطاقة لإلكترون في هذه الذرة. يمكننا الإشارة إلى مستويات الطاقة المختلفة باستخدام ما يعرف بعدد الكم الرئيسي، الذي نمثله بالحرف ‪𝑛‬‏. يأخذ ‪𝑛‬‏ قيمة عدد كلي لوصف مستوى الطاقة الذي يشغله الإلكترون من الأقل إلى الأعلى. إذن، على سبيل المثال، فإن الطاقة في أقل مستوى طاقة سيكون لها ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا، والإلكترون في ثاني أقل مستوى طاقة سيكون له ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين، وهكذا. إذن، على الرغم من أن قيمة ‪𝑛‬‏ لا تناظر الكمية المحددة من الطاقة التي يحملها الإلكترون، فيمكننا ملاحظة أن قيم ‪𝑛‬‏ الكبرى تناظر كميات أكبر من الطاقة. لذا، على سبيل المثال، الإلكترون الموجود في مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة، ستكون له طاقة أكبر من الإلكترون الموجود في مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين.

حسنًا، إذا اكتسب إلكترون موجود في ذرة طاقة، يمكننا القول إنه ينتقل إلى مستوى طاقة أعلى. وبالمثل، إذا فقد إلكترون موجود في ذرة طاقة، يمكننا القول إنه ينتقل إلى مستوى طاقة أقل. ويمكننا تمثيل انتقالات الإلكترونات هذه بين مستويات الطاقة عن طريق رسم أسهم على مخطط مستوى الطاقة. على سبيل المثال، إذا كان لدينا إلكترون في مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا وانتقل إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة عن طريق اكتساب طاقة، يمكننا تمثيل هذا الانتقال برسم سهم من ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا إلى ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة، بهذا الشكل. وإذا انتقل هذا الإلكترون بعد ذلك إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين، وهو ما يمكن تحقيقه بفقدان الطاقة، يمكننا تمثيل هذا الانتقال برسم سهم آخر على الشكل هكذا.

لاحظ أنه عند انتقال الإلكترون إلى مستوى طاقة مختلف، فهو لا ينتقل بالضرورة إلى مستوى طاقة مجاور. وقد أوضحنا مثالًا على ذلك بهذا السهم المرسوم على الشكل. هذا يوضح انتقال إلكترون من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا مباشرة إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة. ليس من الضروري الانتقال من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين، ثم من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة. من المهم أيضًا ملاحظة أنه من المستحيل فعليًّا أن يفقد الإلكترون الموجود في مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا الطاقة؛ لأنه لا توجد أي مستويات طاقة أقل يمكن الانتقال إليها. فإذا ألقينا جسمًا فإنه يسقط ولا يتوقف عن السقوط إلا بعد أن يصل إلى الأرض، وبالمثل، يمكن أن يفقد الإلكترون في الذرة طاقة حتى يصل إلى المستوى ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا. ولهذا السبب، فإن مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا يسمى عادة الحالة الأرضية للذرة.

ترتبط كمية طاقة الإلكترون بمدى قوة ارتباطه بنواة الذرة. فالإلكترونات الموجودة في الحالة الأرضية هي الأقوى ارتباطًا بالنواة. عندما يكتسب الإلكترون طاقة وينتقل إلى مستوى طاقة أعلى، يصبح أقل ارتباطًا بالنواة. ومن ثم، مع اكتساب الإلكترون للطاقة وزيادة قيمة ‪𝑛‬‏، تصبح القوة التي تربطه بالنواة في الواقع أضعف فأضعف. ونجد أيضًا أنه عندما ننظر إلى مستويات الطاقة الأعلى والأعلى، تقل الفجوات بين مستويات الطاقة المتجاورة. على سبيل المثال، الفجوة بين مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي أربعة ومستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة أصغر من الفجوة بين مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة ومستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين. وهذا يعني وجود فرق أقل في الطاقة بين مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي أربعة ومستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة، مقارنة بفرق الطاقة الموجود بين مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة ومستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين. بعبارة أخرى، الانتقال من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة يمثل تغيرًا أكبر في الطاقة من الانتقال من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي أربعة. بل ويمثل الانتقال من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي أربعة إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي خمسة تغيرًا أقل من ذلك من ناحية الطاقة.

مخطط مستوى الطاقة الذي رسمناه هنا لا يوضح الأمر بالكامل. وهذا لأن جميع الذرات في الواقع لها عدد لانهائي من مستويات الطاقة. لكن، هذا لا يعني أن الإلكترونات الموجودة في الذرات يمكن أن تكون لها كمية طاقة لانهائية. في الحقيقة، ولأن مستويات الطاقة تصبح أقرب فأقرب مع زيادة ‪𝑛‬‏، نجد أن هناك بالفعل كمية قصوى من الطاقة التي يمكن أن يملكها الإلكترون في الذرة. وهذا هو مستوى الطاقة الذي يكون فيه ‪𝑛‬‏ يساوي ‪∞‬‏. وفور وصول إلكترون إلى هذا المستوى، لن يكون مرتبطًا بالنواة.

تذكر أن حقيقة كون ‪𝑛‬‏ يساوي ‪∞‬‏ هنا لا تعني أن للإلكترون كمية لانهائية من الطاقة. فهي تمثل فقط حقيقة أن هناك عددًا لانهائيًّا من مستويات الطاقة بين هذه النقطة والحالة الأرضية. وفي الواقع، نعلم بالفعل حجم فجوة الطاقة بين مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا ومستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ‪∞‬‏ لجميع العناصر تقريبًا. وتعرف هذه الكمية من الطاقة باسم طاقة تأين الذرة.

حسنًا، بعد أن رأينا كيف نستخدم مخطط مستوى الطاقة، لنذكر أنفسنا سريعًا بالعمليات التي يمكن أن تكتسب بها الإلكترونات الطاقة أو تفقدها في الذرات. لاكتساب الطاقة والانتقال إلى مستوى طاقة أعلى، يجب أن يمتص الإلكترون فوتونًا، وهو ما يمكننا تمثيله بسهم متعرج على مخطط مستوى الطاقة. والأهم من ذلك، أنه لكي يمتص الفوتون، يجب أن تكون طاقة الفوتون مساوية لفجوة الطاقة بين مستويي الطاقة، ومن ثم يسمح بانتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة. يمكننا أن نسمي الفرق بين مستويي الطاقة ‪Δ𝐸‬‏، ويمكننا القول إن هذا يجب أن يساوي طاقة الفوتون ‪𝐸p‬‏.

فمثلما تسقط كرة على الأرض سقوطًا طبيعيًّا، فإن الإلكترونات التي تشغل مستوى طاقة أعلى من الحالة الأرضية عادة ما تفقد الطاقة وتعود إلى الحالة الأرضية بعد فترة من الزمن. وعندما يفقد الإلكترون الطاقة، فإنه يفعل ذلك عبر بعث فوتون. وطاقة الفوتون المنبعث، التي يمكننا أن نسميها أيضًا ‪𝐸p‬‏، ستساوي فرق الطاقة بين مستويي الطاقة بالضبط.

إذا أردنا انتقال إلكترون من الحالة الأرضية إلى حالة مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة، يمكننا فعل ذلك بتوجيه الفوتون الذي له طاقة تساوي حجم فجوة الطاقة نحو الذرة، وعند هذه النقطة سيمتصها الإلكترون. وبمجرد انتقال هذا الإلكترون إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة، سيعود بطبيعة الحال إلى الحالة الأرضية بعد فترة زمنية قصيرة. ويمكن أن يحدث هذا بطريقتين مختلفتين.

قد نلاحظ أن الإلكترون ينتقل مباشرة عائدًا إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة، وفي هذه الحالة سيبعث فوتونًا له نفس مقدار طاقة الفوتون الذي امتصه. ومع هذا، قد نجد أن هذا الإلكترون يعود إلى الحالة الأرضية في انتقالين منفصلين، وهما الانتقال من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين، ثم من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا. وإذا حدث ذلك، فسينبعث فوتونان، واحد لكل انتقال يجريه الإلكترون. في هذه الحالة، تكون طاقة الفوتون المنبعث عند انتقال الإلكترون من ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة إلى ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين أقل من طاقة الفوتون المنبعث عندما ينتقل الإلكترون من ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين إلى ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا. وهذا لأن فجوة الطاقة بين مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة ومستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين أقل من فجوة الطاقة بين مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين ومستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا. في الواقع، نجد أن مجموع طاقتي هذين الفوتونين المنبعثين يساوي طاقة الفوتون الممتص بالضبط.

ثمة مسألة مهمة أخرى علينا أن نذكرها، وهي أن طاقة الفوتون ترتبط ارتباطًا وثيقًا بتردده. طاقة الفوتون ‪𝐸‬‏ تساوي تردد الفوتون ‪𝑓‬‏ مضروبًا في ثابت. وهذا الثابت هو ثابت بلانك، ويمثله حرف ‪ℎ‬‏. توضح لنا هذه المعادلة أن الطاقة التي يمتلكها الفوتون تتناسب طرديًّا مع تردده. ولأن الذرات لا يمكنها أن تبعث إلا فوتونات ذات طاقات محددة تناظر الفرق بين مستويات الطاقة، فهذا يعني أنها يمكن أن تبعث فوتونات ذات ترددات محددة فقط. ويمكننا استخدام هذه المعادلة لحساب ترددات الضوء المنبعثة خلال انتقالات معينة للإلكترونات بين مستويات الطاقة.

ولفعل ذلك، ثم أمر آخر فقط علينا معرفته. وهو قيم الطاقة الفعلية لمستويات الطاقة هذه. حسنًا، أصبح لكل عنصر مستويات طاقة فريدة. لذا، دعونا نلق نظرة على مستويات الطاقة لأبسط عنصر، وهو الهيدروجين. توضح لنا هذه القيم كمية الطاقة التي ستكون للإلكترون في كل مستوى من مستويات طاقة ذرة الهيدروجين. ولأن هذه القيم تتعلق بمدى قوة ارتباط الإلكترون بالنواة، فيشار إليها أيضًا باسم طاقة الترابط للإلكترون في كل مستوى من مستويات الطاقة. لذا، على سبيل المثال، يمكننا القول إن الإلكترون الموجود في الحالة الأرضية لذرة الهيدروجين له سالب 2.2 في 10 أس سالب 18 جول من الطاقة. أو يمكننا القول إن له طاقة ترابط تساوي سالب 2.2 في 10 أس سالب 18 جول.

حسنًا، أول شيء قد نلاحظه بشأن هذه القيم هو أن جميعها سالبة، باستثناء هذه القيمة، التي تساوي صفرًا. قد يبدو غريبًا وصف شيء ما بأن له كمية سالبة من الطاقة. لكن، هذا اصطلاح لتوضيح أنه يجب منح الإلكترون طاقة إضافية ليتحرر من الذرة. لذا، نقول إن الإلكترون غير المرتبط بنواة الذرة له صفر جول من الطاقة. وجميع مستويات الطاقة الأخرى تعرف بدلالته.

وبما أننا نعلم أن الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة الأخرى مرتبطة بالذرة ولها طاقة أقل من الإلكترون الحر، نقول إذن إن الإلكترونات الموجودة في مستويات الطاقة هذه لها كميات سالبة من الطاقة. يسهل هذا الاصطلاح عملية إيجاد كمية الطاقة اللازمة لتحرير أي إلكترون من الذرة. فنأخذ فقط مقدار قيمة مستوى الطاقة. على سبيل المثال، تخيل إلكترونًا موجودًا في مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين. إذا كانت طاقة هذا الإلكترون سالب 5.4 في 10 أس سالب 19 جول، وكانت طاقة الإلكترون الحر تساوي صفر جول، فسيتضح أنه لتحرير هذا الإلكترون من الذرة، علينا أن نمنحه 5.4 في 10 أس سالب 19 جول من الطاقة لزيادة طاقته إلى صفر. بعبارة أخرى، فرق الطاقة ‪Δ𝐸‬‏ بين مستويي الطاقة هذين هو 5.4 في 10 أس سالب 19 جول.

يمكننا إيجاد الطاقة المتضمنة في انتقالات الإلكترونات الأخرى عن طريق حساب الفرق بين مستويي الطاقة اللذين يحدث الانتقال بينهما. على سبيل المثال، لنفترض أن إلكترونًا في مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا ينتقل إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة. يمكن إيجاد فرق الطاقة ‪Δ𝐸‬‏ بين مستويي الطاقة هذين من خلال طرح طاقة إلكترون له مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا، سنسميه ‪𝐸‬‏ واحد، من طاقة إلكترون له مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة، ‪𝐸‬‏ ثلاثة. إذن، في حالة ذرة الهيدروجين، فإن هذا يساوي سالب 2.4 في 10 أس سالب 19 جول ناقص سالب 2.2 في 10 أس سالب 18 جول. وهذا يعطينا ناتجًا موجبًا هو 1.96 في 10 أس سالب 18 جول. هذه هي كمية الطاقة التي يجب منحها لإلكترون في مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا لكي ينتقل إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة. وهذا يعني أنها كمية الطاقة التي يحتاج إليها الفوتون للتسبب في حدوث هذا الانتقال للإلكترون. وهذه هي كمية الطاقة نفسها التي سيطلقها إلكترون، في صورة فوتون، للانتقال في الاتجاه العكسي من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا.

ونظرًا لأن الطاقات المتضمنة في انتقالات الإلكترونات صغيرة جدًّا، فمن الشائع التعبير عنها بوحدة الإلكترون فولت وليس الجول. تذكر أن واحد إلكترون فولت يساوي 1.60 في 10 أس سالب 19 جول. وهذا يعني أنه لتحويل قيمة من الجول إلى إلكترون فولت، علينا فقط أن نقسمها على 1.60 في 10 أس سالب 19. ومن ثم، فإن مستويات الطاقة في ذرة الهيدروجين تأخذ هذه القيم عند التعبير عنها بوحدة الإلكترون فولت. وفرق الطاقة بين مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا ومستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة هو 12.1 إلكترون فولت.

والآن، بعد أن حسبنا كمية الطاقة المصاحبة لانتقال إلكترون بين مستويين معينين من مستويات الطاقة، يمكننا استخدام هذه المعادلة ‪𝐸‬‏ تساوي ‪ℎ𝑓‬‏ لحساب تردد الفوتون الذي قد يمتص أو ينبعث خلال هذه العملية. دعونا نفسح بعض المساحة على يسار الشاشة ونرى كيفية فعل ذلك.

إذن، أول ما سنفعله هو إعادة ترتيب هذه المعادلة لجعل ‪𝑓‬‏ في طرف بمفرده. وهذا يعطينا ‪𝑓‬‏ يساوي ‪𝐸‬‏ على ‪ℎ‬‏. تذكر أن ‪𝐸‬‏ هي طاقة الفوتون، و‪ℎ‬‏ هو ثابت يعرف باسم ثابت بلانك. قيمة ثابت بلانك تساوي 6.63 في 10 أس سالب 34 جول ثانية. ويعبر عنه بشكل شائع أيضًا بوحدة إلكترون فولت ثانية، وفي هذه الحالة يأخذ قيمة 4.14 في 10 أس سالب 15.

والسبب في أننا نعبر أحيانًا عن ثابت بلانك باستخدام وحدات مختلفة هو أننا نعبر عادة عن طاقة أشياء مثل الفوتونات والإلكترونات بالجول أو الإلكترون فولت. ونسخة ثابت بلانك التي نستخدمها تعتمد على أي من هذه الوحدات نستخدم للتعبير عن الطاقة. إذن، في هذه المعادلة إذا كانت الطاقة معبرًا عنها بالجول، فعلينا أيضًا أن نستخدم نسخة ثابت بلانك المعبر عنه بوحدة جول ثانية. وعلى النقيض من ذلك، إذا كانت ‪𝐸‬‏ معبرًا عنها بالإلكترون فولت، فسنستخدم نسخة ثابت بلانك المعبر عنه بوحدة الإلكترون فولت ثانية.

إذن، لكي نحسب تردد الفوتون المنبعث عندما ينتقل إلكترون من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا في ذرة الهيدروجين، علينا أولًا استخدام حقيقة أن طاقة الفوتون ستساوي تمامًا فرق الطاقة بين مستويي الطاقة هذين. وبالتعبير عنه بالجول، يكون 1.96 في 10 أس سالب 18. بالتعويض بذلك في المعادلة، يكون لدينا ‪𝑓‬‏ يساوي 1.96 في 10 أس سالب 18 جول مقسومًا على ثابت بلانك بالوحدة المناسبة. وفي هذه الحالة، يكون لدينا 6.63 في 10 أس سالب 34 جول ثانية. بكتابة ذلك على الآلة الحاسبة، نحصل على القيمة 2.956 في 10 أس 15 هرتز. أو عند التقريب لأقرب رقم معنوي، نحصل على ثلاثة في 10 أس 15 هرتز.

والآن، بما أننا فعلنا كل شيء بشكل صحيح، نرى أن الإجابة التي حصلنا عليها لا تعتمد على استخدام وحدة الجول أو الإلكترون فولت لطاقة الفوتونات. لذا، دعونا نجرب تكرار هذه العملية الحسابية، لكن هذه المرة سنستخدم الطاقة بوحدة الإلكترون فولت كما هي موضحة. إذن، هذه المرة، الطاقة تساوي 12.1 إلكترون فولت. وبما أننا نستخدم وحدة الإلكترون فولت، فإننا نستخدم نسخة ثابت بلانك المعبر عنها بوحدة الإلكترون فولت ثانية. وإذا كتبنا ذلك على الآلة الحاسبة، فسنحصل على نفس الناتج. إن تردد الفوتون الذي ينبعث عندما ينتقل إلكترون من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ تساوي ثلاثة إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ تساوي واحدًا في ذرة الهيدروجين هو ثلاثة في 10 أس 15 هرتز. هذا هو أيضًا تردد الفوتون الذي يمتص عندما ينتقل إلكترون من مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة.

حسنًا، لقد أجرينا بعض العمليات الحسابية، وهناك شيء آخر يمكننا الحديث عنه وهو يتعلق تحديدًا بذرات الهيدروجين. عندما ننظر إلى مخطط لمستويات الطاقة مثل هذا، نلاحظ أنه نظرًا لوجود عدد لانهائي من مستويات الطاقة، على الأقل نظريًّا، يوجد عدد لانهائي من انتقالات الإلكترونات في مستويات الطاقة التي يمكن أن تحدث. ونحن نجد في الواقع أن انتقالات الإلكترونات تكون أكثر شيوعًا بين مستويات الطاقة الأقل للذرة. ونظرًا لأن هناك ذرات بعينها تتفرد بمستويات الطاقة هذه، ولأن كل انتقال من هذه الانتقالات ينتج ترددًا محددًا للضوء، فهذا يعني أنه يمكننا في الواقع تحديد العناصر المختلفة من خلال معرفة تردد الضوء المنبعث منها. وتعرف مجموعة ترددات الفوتون المنبعثة من عنصر معين باسم طيف الانبعاث.

ولقد درس علماء الفيزياء طيف انبعاث الهيدروجين تحديدًا دراسة متعمقة. وأطلقت الأسماء على المجموعات المختلفة من الترددات المنبعثة من الهيدروجين. وتعرف هذه الترددات، التي تنبعث عندما يهبط إلكترون إلى الحالة الأرضية من ذرة الهيدروجين، باسم مجموعة ليمان. وتعرف الترددات التي تنتج عن هبوط إلكترون إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي اثنين من ذرة الهيدروجين باسم مجموعة بالمر. وتعرف الترددات التي تنتج عن هبوط إلكترون إلى مستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ يساوي ثلاثة من ذرة الهيدروجين باسم مجموعة باشن.

الآن، لنلخص النقاط الرئيسية التي تعلمناها عن انتقالات الإلكترونات بين مستويات الطاقة. أولًا، عرفنا أن مستوى طاقة الإلكترون المرتبط بالنواة يرمز له بعدد الكم الرئيسي ‪𝑛‬‏. أقل مستوى طاقة ممكن له ‪𝑛‬‏ يساوي واحدًا، وهو ما يعرف باسم الحالة الأرضية. وتناظر القيم الأعلى لمستوى الطاقة ‪𝑛‬‏ طاقة أعلى للإلكترون، وترابط أضعف بينه وبين النواة. رأينا أيضًا أن الإلكترونات تكتسب طاقة عن طريق امتصاص الفوتونات، وتفقد الطاقة عن طريق انبعاث الفوتونات. ترددات هذه الفوتونات تناظر الفروق بين مستويات الطاقة. وأخيرًا، عرفنا أن بعض انتقالات الهيدروجين لها أسماء، مثل مجموعات ليمان وبالمر وباشن.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.