نسخة الفيديو النصية
يتغير لون لهب موقد بنسن عند تعرضه للملح. ما خاصية الأيونات الفلزية في الملح التي تحدد لون اللهب في هذه التجربة؟ (أ) التفاعل مع الأكسجين، (ب) طاقة التذرية، (ج) طاقة الرابطة، (د) البعد بين مستويات الطاقة النووية، (هـ) البعد بين مستويات الطاقة الإلكترونية.
تسمى عملية تسخين أيون فلز على موقد بنسن باختبار اللهب. ومن خلال رصد لون اللهب، يمكننا تحديد أيون الفلز الموجود في العينة، لأن الأيونات المختلفة تنتج ألوان لهب مختلفة. عندما نسخن أيونات الفلزات، فإنها تمتص الطاقة ثم تصدرها في صورة ضوء ملون. ولكن ماذا يحدث تحديدًا داخل الذرة ويتسبب في انبعاث الطاقة؟
تصطف إلكترونات أيون الليثيوم في صورته الطبيعية على هذا النحو، بحيث يوجد إلكترونان في نفس مستوى الطاقة. وعند تسخين الأيون، تتمكن إلكتروناته من امتصاص الطاقة الحرارية والقفز إلى مستوى طاقة أعلى. وفي النهاية، عند العودة إلى مستويات طاقتها الأصلية، تنبعث من الإلكترونات كمية محددة من الطاقة في هيئة فوتون له طول موجي محدد. ونظرًا لأن الإلكترونات تقفز وتهبط بين نفس مستويات الطاقة، فعند تسخين هذا الأيون المحدد، تنبعث فوتونات لها نفس الأطوال الموجية المحددة في كل مرة وينتج نفس لون اللهب.
لاحظ أنه لا ينبعث طول موجي واحد فقط من الضوء؛ بل ينبعث نمط مميز متعدد الأطوال الموجية المختلفة. ويكون هذا النمط مرئيًّا عند مشاهدة اللهب عبر مطياف.
إذن أي الإجابات أدناه تتوافق على النحو الأمثل مع هذا التفسير؟ الإجابة الصحيحة هي (هـ) البعد بين مستويات الطاقة الإلكترونية. فنظرًا لأن الطاقة الضوئية تنبعث عندما يعود إلكترون من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أدنى، يتحدد اللون وفقًا للفرق في طاقة مستويات طاقة الإلكترون. وزيادة البعد بين مستويات الطاقة ينتج عنها فوتونات ذات طاقة أعلى وأطوال موجية قصيرة تظهر باللون الأزرق أو الأرجواني. أما مستويات الطاقة الأقل تباعدًا، فتنتج فوتونات منخفضة الطاقة ذات أطوال موجية طويلة تظهر باللون الأحمر.
دعونا نتأكد من إجابتنا باستعراض الخيارات المتبقية. نظرًا لأننا نتعامل مع حركة الإلكترونات وليس حركة البروتونات والنيوترونات، فمن الخطأ القول إن هذه الظاهرة لها علاقة بمستويات الطاقة النووية.
تعرف طاقة الرابطة بأنها الطاقة اللازمة لكسر روابط مول واحد من المادة. يمكننا استبعاد خيار طاقة الرابطة؛ لأنه في اختبارات اللهب يمكن إذابة أيون الفلز في حمض الهيدروكلوريك قبل تعريضه للهب. ونظرًا لأن الأيون ينتج لهبًا له نفس اللون سواء كان مرتبطًا بملح أو مذابًا في حمض، فإن طاقة رابطته مع عنصر آخر لا علاقة لها باللهب الناتج ولونه.
تعرف طاقة التذرية بأنها الطاقة اللازمة لتكوين مول واحد من غاز المادة. مرة أخرى، يمكننا استبعاد هذه الإجابة أيضًا. فمن الصحيح أن اللهب يكون ساخنًا جدًّا، لكنه ليس ساخنًا بدرجة كافية لتحويل الفلزات إلى غازات. وينتج لون اللهب عن حركة الإلكترونات وليس بسبب تغير حالة أيون الفلز.
أخيرًا، التفاعل مع الأكسجين خطأ أيضًا. فتتفاعل العديد من الفلزات مع الأكسجين مكونة أكاسيد، مثل تفاعل الحديد مع الهواء لتكوين الصدأ. لكن هذه عملية منفصلة لا تحدث أثناء اختبار اللهب.
كل هذه الإجابات متعلقة بالطاقة بشكل ما، ولكن إجابة واحدة فقط لها صلة وثيقة باختبارات اللهب. الخاصية التي تحدد لون اللهب هي (هـ) البعد بين مستويات الطاقة الإلكترونية.
