فيديو السؤال: التعرف على طيف الانبعاث المناظر لغاز مجهول الفيزياء

نسخة الفيديو النصية

لدى عالم عينة من غاز مجهول. لكي يتعرف العالم على الغاز، لاحظ طيف الضوء المرئي المنبعث من الغاز عند تسخينه. يظهر الشكل هذا الطيف. ويظهر أيضًا الأطياف المنبعثة لخمسة عناصر غازية نقية. أي العناصر الخمسة هو الغاز المجهول؟

إذا نظرنا إلى الشكل الذي لدينا، فسنرى عددًا من أطياف الانبعاث. الطيف الأول الموجود في الأعلى هو طيف الغاز المجهول الذي يريد العالم التعرف عليه. ويليه أطياف انبعاث الهليوم والأكسجين والنيون والأرجون والزينون، وكلها عناصر غازية نقية. مطلوب منا تحديد أي هذه العناصر الخمسة هو الغاز المجهول. ونظرًا لأن المطلوب منا هو تحديد أي هذه العناصر الخمسة هو الغاز المجهول، فهذا يوضح أننا نعرف أن الغاز المجهول هو حتمًا عينة نقية. هذا يعني أنه ليس خليطًا من مجموعة عناصر مختلفة. بل يتكون بالكامل من أحد العناصر الخمسة الموضحة أطياف انبعاثها هنا.

ما علينا فعله إذن هو إيجاد تطابق بين طيف انبعاث الغاز المجهول هذا وأحد أطياف الانبعاث الخمسة المعلومة هنا. إذا نظرنا إلى طيف الغاز المجهول، نرى عددًا من هذه الخطوط المضيئة، وهي خطوط انبعاث لهذا الغاز تحديدًا. في أعلى هذا الشكل، لدينا مقياس للطول الموجي يسمح لنا بقراءة الطول الموجي لكل خط من خطوط الانبعاث. إذن، على سبيل المثال، يمكننا ملاحظة أن خط الانبعاث هذا من طيف الغاز المجهول طوله الموجي يبلغ 454 نانومترًا تقريبًا. ويبلغ الطول الموجي لهذا الخط 565 نانومترًا تقريبًا.

حسنًا، نظرًا لأننا نلاحظ وجود عدد كبير من الخطوط في طيف الانبعاث هذا، فلن نقرأ الطول الموجي لكل خط على حدة. الشيء المهم الذي يجب إدراكه هو أن طيف الانبعاث يمثل بصمة تميز العنصر. ما يعنيه هذا هو أننا إذا نظرنا إلى طيف الهليوم هذا، على سبيل المثال، فإننا نعرف أن أي غاز هليوم في أي مكان في العالم سينتج طيف الانبعاث نفسه بالضبط مع خطوط الانبعاث نفسها عند الأطوال الموجية نفسها. هذا يعني أننا إذا رأينا طيف انبعاث في أي مكان يشبه هذا الطيف بالضبط، فإننا نعلم أننا ننظر إلى طيف انبعاث الهليوم. بالطبع ينطبق الأمر نفسه على أطياف الانبعاث لأي عناصر أخرى، التي منها العناصر المعطاة في هذا السؤال.

إذن، لكي يكون أحد هذه العناصر الخمسة مطابقًا لعينة هذا الغاز المجهول، يجب أن يحتوي طيف انبعاث العنصر على جميع خطوط الانبعاث الموجودة في طيف الغاز المجهول. ويجب ألا يحتوي أيضًا على خطوط انبعاث غير موجودة في طيف الغاز المجهول. يمكننا الآن إجراء هذه المقارنات بالنظر. دعونا نبدأ بطيف انبعاث الهليوم. يمكننا ملاحظة وجود عدد كبير من الخطوط هنا في طيف انبعاث الهليوم، التي لا توجد في الطيف الصادر من الغاز المجهول. ويمكننا أيضًا ملاحظة وجود عدد كبير من هذه الخطوط ذات الأطوال الموجية الأطول في طيف انبعاث الغاز المجهول لكنها غير موجودة في طيف الهليوم. إذن، يمكننا القول إن طيف الهليوم لا يطابق طيف الغاز المجهول. ومن ثم فإن الغاز المجهول ليس الهليوم.

دعونا الآن نلق نظرة على طيف انبعاث الأكسجين. نلاحظ أنه يحتوي أيضًا على بعض الخطوط ذات الأطوال الموجية الأقصر التي لا توجد في طيف الغاز المجهول. ويمكننا أيضًا ملاحظة أن كل هذه الخطوط التي بين 460 و520 نانومترًا تقريبًا، والموجودة في طيف انبعاث الغاز المجهول، لا يوجد أي منها في طيف انبعاث الأكسجين. ونظرًا لأن هذين الطيفين غير متطابقين، يمكننا بثقة القول إن الغاز المجهول ليس الأكسجين.

دعونا ننظر الآن إلى طيف انبعاث النيون. من المحتمل أن يكون هذا الطيف الإجابة الصحيحة؛ أولًا لأنه لا توجد خطوط انبعاث في طيف النيون ولا في طيف الغاز المجهول في هذه المنطقة ذات الطول الموجي القصير. وثانيًا: يوجد لدينا عدد كبير من الخطوط ذات الأطوال الموجية الأطول في طيف الغاز المجهول، وكذلك يوجد عدد كبير من الخطوط ذات الأطوال الموجية الأطول في طيف انبعاث النيون. من خلال مقارنة بعض خطوط الانبعاث في طيف النيون وتلك الموجودة في الغاز المجهول، نرى أن خطوط الانبعاث في كل من هذين الطيفين تظهر بالفعل عند الأطوال الموجية نفسها.

إذن، يبدو أن هذه العينة من الغاز المجهول قد تكون النيون. ومع ذلك، دعونا نلق نظرة سريعة على الطيفين المتبقيين للتأكد. إذا نظرنا إلى طيف انبعاث الأرجون، فسنلاحظ أنه يحتوي على كل هذه الخطوط ذات الأطوال الموجية الأطول، التي لا توجد في طيف الغاز المجهول. إذن نعرف أن هذا الغاز ليس عينة من الأرجون.

أخيرًا، سنلقي نظرة على طيف الزينون. يمكننا أن نلاحظ، على سبيل المثال، أن هذا الخط الموجود في أقصى اليسار في طيف انبعاث الغاز المجهول الذي حددنا سابقًا أن طوله الموجي يبلغ 454 نانومترًا تقريبًا؛ غير موجود في طيف انبعاث الزينون. نظرًا لضرورة وجود تطابق تام بين جميع خطوط الانبعاث لكي نقول إن طيفين متطابقان، فإن هذا الخط وحده كاف لمعرفة أن الغاز المجهول محال أن يكون الزينون.

إذن، وجدنا أن طيفًا واحدًا فقط من أطياف الانبعاث الخمسة هذه يطابق طيف الغاز المجهول. إنه هذا الطيف هنا، وهو طيف انبعاث النيون. يخبرنا هذا التطابق بين طيفي الانبعاث أن الغاز المجهول هو النيون.