فيديو السؤال: التعرف على غاز مجهول باستخدام طيف الامتصاص الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

لدى عالمة عينة من غاز مجهول. لكي تتعرف العالمة على الغاز، سلطت طيفًا متصلًا من الضوء الأبيض على الغاز، ولاحظت الأطوال الموجية التي امتصها الغاز. يوضح الشكل ذلك، ويوضح أيضًا أطياف الامتصاص لخمسة عناصر غازية نقية. أي العناصر الخمسة هو الغاز المجهول؟

بإلقاء نظرة على الشكل المعطى، يمكننا ملاحظة أنه يوضح عددًا من أطياف الامتصاص. في الأعلى، لدينا طيف الغاز المجهول الذي تريد العالمة التعرف عليه. وفي الأسفل، لدينا أطياف الامتصاص لعناصر الهليوم والأكسجين والنيون والأرجون والزينون. المطلوب منا هو تحديد أي العناصر الخمسة هو الغاز المجهول. بما أن المطلوب منا هو تحديد العنصر الذي يمثل الغاز المجهول، فهذا يعني أن بإمكاننا افتراض أن هذا الغاز عينة نقية. هذا يعني أنه ليس خليطًا من عناصر مختلفة، بل إنه بأكمله عنصر واحد من العناصر الموضح أطياف امتصاصها هنا.

ما علينا فعله بعد ذلك هو مطابقة طيف امتصاص الغاز المجهول بأحد هذه الأطياف الخمسة الموضحة بالأسفل. إذا نظرنا إلى طيف امتصاص الغاز المجهول، فسنلاحظ أن لدينا طيفًا متصلًا يتخلله عدد كبير من هذه الخطوط السوداء. دعونا نتذكر أننا علمنا من السؤال أن طيفًا متصلًا من الضوء الأبيض قد سلط على الغاز. ولهذا السبب نرى هذا الطيف المتصل. يشير كل خط من هذه الخطوط السوداء في الطيف إلى طول موجي مفقود من الضوء بعد مروره عبر عينة الغاز. هذا يعني أن هذه الخطوط السوداء تخبرنا بالأطوال الموجية التي امتصها هذا الغاز.

نلاحظ في أعلى الشكل وجود تدريج للطول الموجي يسمح لنا بقراءة القيم العددية لهذه الأطوال الموجية الممتصة. على سبيل المثال، نلاحظ أن هذا الخط الموجود هنا في طيف امتصاص الغاز المجهول طوله الموجي 583 نانومترًا تقريبًا. نلاحظ أيضًا أن الطول الموجي لخط الامتصاص هذا يساوي 682 نانومترًا تقريبًا. يمكننا الآن ملاحظة وجود عدد كبير من هذه الخطوط في طيف امتصاص الغاز المجهول. لذا لن نقرأ الطول الموجي لكل خط على حدة؛ لأن ذلك سيستغرق وقتًا طويلًا.

الشيء المهم الذي يجب علينا إدراكه هو أن طيف الامتصاص للعناصر يشبه إلى حد ما بصمة الإصبع. هذا يعني أنه إذا نظرنا إلى طيف الهليوم هذا، على سبيل المثال، فإن أي غاز هليوم نجده في أي مكان في الكون سينتج طيف الامتصاص نفسه بالضبط متضمنًا نفس الخطوط عند نفس الأطوال الموجية. لذا، إذا رأينا طيف امتصاص يماثل هذا الطيف، فإننا نعلم أننا ننظر إلى طيف امتصاص الهليوم. وبالطبع، ينطبق الأمر نفسه على طيف امتصاص أي عنصر آخر، ويشمل ذلك العناصر الأربعة المذكورة في هذا السؤال.

ما يعنيه ذلك في هذا السؤال هو أنه لكي يكون أحد هذه العناصر مطابقًا لعينة الغاز المجهول، يجب أن يحتوي طيف امتصاص هذا العنصر على جميع خطوط الامتصاص الموجودة في طيف امتصاص الغاز المجهول. ويجب ألا يحتوي أيضًا على خطوط امتصاص غير موجودة في طيف الغاز المجهول هذا.

يمكننا الآن إجراء هذه المقارنات بالنظر، ولنبدأ بطيف امتصاص الهليوم. نلاحظ أنه في طيف الهليوم، يوجد عدد كبير من خطوط الامتصاص عند أطوال موجية قصيرة غير موجودة في طيف الغاز المجهول. نلاحظ أيضًا أن هناك عدة خطوط امتصاص، مثل هذه الخطوط، موجودة في طيف الغاز المجهول ولكنها غير موجودة في طيف الهليوم. ومن ثم يتضح أن طيف الهليوم لا يطابق طيف الغاز المجهول. وعليه لا يمكن أن يكون هذا الغاز غاز الهليوم.

بعد ذلك دعونا نلق نظرة على طيف امتصاص الأكسجين. نلاحظ وجود خطين هنا في طيف الأكسجين غير موجودين في طيف الغاز المجهول. إذن، دون الحاجة إلى مزيد من الإمعان في هذين الطيفين، يمكننا القول إنهما غير متطابقين. ومن ثم، فإن الغاز المجهول لا يمكن أن يكون غاز الأكسجين.

ننتقل الآن إلى طيف امتصاص النيون. نلاحظ أن خط الطول الموجي الأقصر في طيف النيون هو هذا الخط الموجود هنا. إذا مددنا خطًّا رأسيًّا لأعلى من خط الامتصاص هذا وصولًا إلى تدريج الطول الموجي، فسنلاحظ أن هذا الخط يقابل طولًا موجيًّا يساوي 454 نانومترًا تقريبًا. والأهم من ذلك أننا إذا نظرنا إلى الطول الموجي نفسه في طيف الغاز المجهول، نلاحظ أنه لا يوجد خط امتصاص. بل إن خط الطول الموجي الأقصر في طيف امتصاص هذا الغاز المجهول هو هذا الخط الموجود هنا، الذي يبدو أنه يقع عند طول موجي يساوي 475 نانومترًا تقريبًا. بما أننا عثرنا على خط موجود في طيف امتصاص النيون وغير موجود في طيف امتصاص الغاز المجهول، فإننا نعلم حينئذ أن الغاز المجهول ليس غاز النيون.

والآن هيا نلق نظرة على طيف امتصاص الأرجون. نلاحظ أن كل خطوط الامتصاص هذه الواقعة عند أطوال موجية قصيرة في هذا الطيف غير موجودة في طيف امتصاص الغاز المجهول. هذا يعني أن الطيفين غير متطابقين؛ ومن ثم فإن الغاز المجهول لا يمكن أن يكون غاز الأرجون.

وبذلك، لم يتبق لدينا سوى طيف امتصاص الزينون. يبدو هذا الطيف مبشرًا للغاية. في البداية عند هذه الأطوال الموجية القصيرة التي تقل عن 470 نانومترًا تقريبًا أو نحو ذلك؛ حيث لا توجد خطوط امتصاص في طيف الغاز المجهول، نلاحظ أنه لا توجد أيضًا خطوط امتصاص في نطاق الطول الموجي هذا في طيف الزينون. وبالمثل عند الأطوال الموجية الطويلة التي تزيد على 610 نانومترات تقريبًا؛ حيث يوجد عدد كبير من خطوط الامتصاص في طيف الغاز المجهول، يوجد أيضًا عدد كبير من الخطوط في طيف الزينون.

هناك أيضًا بعض الطرق الأخرى التي يمكننا استخدامها لمساعدتنا في إقناع أنفسنا بأن هذين الطيفين متطابقان بالفعل. ومن ذلك اختيار بعض خطوط الامتصاص في طيف الزينون ورسم خطوط رأسية لأعلى منها حتى نصل إلى طيف الغاز المجهول. بفعل ذلك نلاحظ أن خطوط الامتصاص هذه في طيف الزينون لها خطوط مناظرة عند الطول الموجي نفسه بالضبط في طيف الغاز المجهول.

هناك طريقة أخرى يمكننا استخدامها، وهي البحث عن خواص معينة يسهل التعرف عليها في طيف امتصاص الزينون والتأكد مما إذا كانت هذه الخواص تتوفر أيضًا في طيف الغاز المجهول. مثلًا، في طيف الغاز المجهول، نلاحظ أنه عند 493 نانومترًا تقريبًا، لدينا خطا الامتصاص هذان المتقاربان للغاية. إذا نظرنا بعد ذلك إلى قيمة الطول الموجي نفسها في طيف الزينون، فسنلاحظ أن لدينا أيضًا هذين الخطين المتقاربين للغاية.

يمكننا الاستمرار في مقارنة هذين الطيفين بمزيد من الدقة، مع التأكد من أن كل خط امتصاص في طيف الغاز المجهول يوجد عند نفس الطول الموجي الذي يوجد عنده خط الامتصاص المقابل له في طيف الزينون. لكننا قد استبعدنا الأطياف الأربعة الأخرى بالفعل وبينا أنه لا يوجد أي تطابق بينها وبين الغاز المجهول. كما تتبعنا بعض خطوط طيف الزينون ووجدنا أنها تقع عند الأطوال الموجية نفسها التي تقع عندها الخطوط المقابل لها طيف الغاز المجهول.

وقد لاحظنا أيضًا أشياء أخرى مشتركة بين هذين الطيفين، كعدم وجود أي خطوط امتصاص عند الأطوال الموجية القصيرة، ووجود الكثير من خطوط الامتصاص عند الأطوال الموجية الطويلة. علاوة على ذلك، تعرفنا على هذا الخط المزدوج في طيف امتصاص الغاز المجهول وطيف الزينون. إذن من جميع الجوانب، يمكننا أن نثق تمامًا بأن طيف امتصاص الزينون هذا يطابق طيف الغاز المجهول. يخبرنا هذا التطابق بين طيفي الامتصاص أن الغاز المجهول هو غاز الزينون.