فيديو السؤال: تحديد مكونات الغاز من أطياف الانبعاث الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

لدى عالمة أنبوبة غاز تحتوي على خليط من الغازات المجهولة. من أجل تحديد الغازات في الخليط، فحصت العالمة طيف الضوء المرئي المنبعث من الخليط عند تسخينه. يوضح الشكل هذه العملية. يوضح الشكل أيضًا أطياف الانبعاث لعدة عناصر غازية نقية. أي من العناصر الخمسة يتكون منه الخليط؟

في الشكل المذكور في السؤال، لدينا الطيف المرصود وكذلك أطياف انبعاث الهيدروجين والهليوم والأكسجين والنيتروجين والأرجون. ونحن نعلم أن هذه أطياف انبعاث؛ لأن لها العديد من الخطوط المضيئة التي تفصلها مناطق معتمة. إذا كانت هذه الخطوط أطياف امتصاص، فستكون الخطوط في الأماكن نفسها بالضبط، لكن الخطوط ستصبح معتمة، والمسافات بينها ستصبح ملونة. وستكون الخطوط في المكان نفسه لأن الخطوط الطيفية ناتجة عن انتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة داخل الذرة أو الجزيء. وتحدث هذه الانتقالات دائمًا بالمقدار نفسه من الطاقة، سواء كانت انتقالات امتصاص أم انبعاث.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن كل نوع من الذرات والجزيئات له بنية فريدة خاصة به من مستويات الطاقة، فإن طيف الامتصاص والانبعاث مميز بالنسبة إلى ذلك النوع المحدد من الذرات والجزيئات. وعندما يكون لدينا خليط من الذرات أو الجزيئات، يكون الطيف الكلي خليطًا من أطياف كل مكون على حدة؛ لأن كل مكون يبعث أو يمتص الطيف الخاص به. ومن المهم ملاحظة أن هذا ينطبق فقط على الخليط. لكن، على سبيل المثال، إذا مزجنا الهيدروجين والأكسجين وتفاعلا لتكوين الماء، فإن الماء مركب جديد، ومن ثم فإن له طيفًا مميزًا خاصًّا به، وهذا الطيف ليس مزيجًا بسيطًا من طيفي الهيدروجين والأكسجين.

ولأن الأطياف فريدة من نوعها وتمتزج في الخليط، فيمكننا تحديد إذا ما كان عنصر أو جزيء محدد موجودًا في الخليط عن طريق مقارنة الطيف المرجعي للمادة النقية بالطيف المرصود. وذلك ما سنفعله بالفعل في هذا السؤال. سنقارن كلًّا من الأطياف المرجعية الخمسة بالطيف الذي رصدناه. وإذا ظهرت جميع الخطوط من الطيف المرجعي في الطيف المرصود، وكان الطيف المرجعي لا يحتوي على أي خطوط إضافية لا تظهر في الطيف المرصود، فسنعرف أن هذا العنصر موجود في الخليط.

نظرًا لوجود العديد من الخطوط في الطيف المرصود، سيكون من الصعب تحديد أي الخطوط موجودة بالفعل بمجرد النظر. وإحدى طرق التعامل مع ذلك هي أخذ مسطرة ومد كل خط من الخطوط الطيفية من الأطياف المرجعية إلى الطيف المرصود. على سبيل المثال، من الخط الذي رسمناه الآن، يمكننا استنتاج أن الهيدروجين ليس أحد العناصر الموجودة في الخليط؛ لأن الخط الطيفي عند 655 نانومترًا لا يظهر في الطيف المرصود. لكن إذا فعلنا ذلك مع كل خطوط الطيف، فسيكون المنظر مربكًا ومشوشًا. بعض هذه الأطياف يحتوي على تكتلات من الخطوط المتقاربة للغاية، وهو ما يصعب العملية أيضًا. لذا ما سنفعله بدلًا من ذلك هو عرض كل طيف تلو الآخر أسفل الطيف المرصود مباشرة، حتى نلاحظ بصريًّا على الفور إذا كانا متطابقين أم لا.

ها هو طيف الهيدروجين الذي رأيناه الآن. كما رأينا، الخط الأحمر غير مطابق، وكما نرى الآن، فإن الخط الأزرق المخضر غير مطابق أيضًا. وبناء على ذلك فقط، يمكننا أن نستنتج بوضوح أن الهيدروجين ليس أحد العناصر الموجودة في الخليط. ويتضح أننا إذا نظرنا جيدًا، فسنجد أن هذا الخط الأزرق وهذا الخط البنفسجي لا يظهران أيضًا في الطيف المرصود. لكن عندما ننتقل إلى الهليوم، يمكننا ملاحظة أن جميع الخطوط في طيف الهليوم تظهر بالفعل في الطيف المرصود. على وجه التحديد، يظهر هذا الزوج الأخضر المميز وهذان الزوجان البنفسجيان في كلا الطيفين، لكن جميع الخطوط الأخرى تظهر أيضًا.

والمهم أيضًا أنه لا توجد خطوط تظهر في طيف الهليوم ولا تظهر في الطيف المرصود. لكن يوجد العديد من الخطوط في الطيف المرصود التي لا تظهر في طيف الهليوم. وهذا لأنها تأتي من عناصر أخرى. إذن، بما أن طيف الهليوم بأكمله موجود في الطيف المرصود، يمكننا أن نستنتج دون شك أن الهليوم هو أحد العناصر الموجودة في الخليط. وينطبق الأمر نفسه على الأكسجين. حيث توجد خطوط في الطيف المرصود تتطابق مع كل خط من الخطوط المكونة لطيف الأكسجين. لذا، بما أن طيف الأكسجين موجود بالكامل في الطيف المرصود، يمكننا أن نستنتج بوضوح أن الأكسجين هو أحد الغازات الموجودة في الخليط. وهذا ينطبق أيضًا على النيتروجين.

وكما نرى في هذه الصورة، طيف النيتروجين موجود بالكامل في الطيف المرصود. وتجدر الإشارة بوجه خاص إلى هذين التكتلين الكبيرين من الخطوط في الجزء الأحمر من الطيف. وعندما نرى خواص مثل هذه في الطيف المرصود، فمن المرجح أن العينة تحتوي على النيتروجين. وأخيرًا، نتناول الأرجون. يحتوي الطيف المرجعي للأرجون على الكثير من الخطوط، لكن كل خط من هذه الخطوط يظهر أيضًا في الطيف المرصود. مرة أخرى، نجد أن طيف الأرجون موجود بالكامل في الطيف المرصود. إذن، لا بد أن يكون الأرجون أحد الغازات الموجودة في الخليط.

وبما أننا وجدنا الأطياف الكاملة للهليوم والأكسجين والنيتروجين والأرجون في الطيف المرصود، ولكننا لم نجد الطيف الكامل للهيدروجين، نستنتج أنه من بين الخيارات الخمسة، الهليوم والأكسجين والنيتروجين والأرجون هي العناصر الأربعة التي تظهر في الخليط.