فيديو السؤال: تحديد تركيب غاز من أطياف الانبعاث الفيزياء • الصف الثالث الثانوي

نسخة الفيديو النصية

رصد عالم فلك طيف الضوء المرئي المنبعث من نجم بعيد. يوضح الشكل الطيف الذي رصده العالم. يقارن العالم بين خطوط الانبعاث في الطيف وخطوط الانبعاث في أطياف عدة عناصر نقية يوضحها الشكل أيضًا؛ لمعرفة العناصر الموجودة في الطبقات الخارجية للنجم. اذكر جميع العناصر الموجودة في الطبقات الخارجية للنجم.

الشكل المشار إليه في العبارة هو هذا الشكل الموجود هنا وبه طيف الانبعاث الذي رصده عالم الفلك، وكذلك خمسة أطياف مرجعية للهيدروجين، والهليوم، والبورون، والكربون، والأكسجين.

عندما ننظر إلى أطياف الانبعاث أو الامتصاص، علينا دائمًا أن نضع في اعتبارنا أن الأطياف الذرية والجزيئية فريدة من نوعها. وعندما نقول فريدة، فإننا نعني أن جميع ذرات الهيدروجين لها الطيف نفسه، وهذا الطيف يختلف عن أطياف جميع ذرات الهليوم وجميع ذرات البورون، إلخ. والسبب في صحة ذلك هو أن هذه الأطياف تتكون من انتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة داخل الذرة أو الجزيء. ولكل ذرة وجزيء مجموعة فريدة من مستويات طاقة الإلكترون.

يمكننا استخدام هذه الحقيقة للتعرف على الذرات والجزيئات عن طريق مقارنة طيف مجهول بالأطياف المرجعية، كما نفعل في هذا السؤال. عندما يكون لدينا ذرة أو جزيء واحد في العينة، فهذا يكفي. لكن عندما يكون لدينا خليط من ذرات أو جزيئات متعددة، علينا أن نتذكر أن هذه الأطياف تجمع معًا. لذا، إذا كان لدينا خليط من الهيدروجين والأكسجين، فسيكون طيف الخليط مزيجًا من طيف الهيدروجين وطيف الأكسجين.

من المهم أن نفهم أن الأمر لن يكون كذلك إذا تفاعل الهيدروجين والأكسجين لتكوين الماء. فسيكون للماء طيف مختلف عن الهيدروجين أو الأكسجين لأنه جزيء، ومن ثم له مجموعته الفريدة من مستويات طاقة الإلكترون.

على أي حال، علينا الآن مقارنة كل من هذه الأطياف المرجعية بالطيف المرصود لنرى إذا ما كانت الخطوط متطابقة أم لا. بالنظر إلى طيف الأكسجين المرجعي، نلاحظ وجود عدة خطوط تمتد من منطقة الضوء الأصفر إلى منطقة الضوء الأحمر من الطيف. وهذه الخطوط غير موجودة على الإطلاق في الطيف المرصود. إذا كان الأكسجين موجودًا في الطبقات الخارجية للنجم، فكنا سنرى هذه الخطوط الحمراء والصفراء في الطيف المرصود. وبما أننا لا نراها، يمكننا استنتاج أن الأكسجين ليس موجودًا في الطبقات الخارجية للنجم.

بالنظر إلى الطيف المرجعي للكربون، نجد أن أول ما نلاحظه هو هذا الخط الساطع العريض في الجزء الأصفر من الطيف عند 600 نانومتر تقريبًا. هذه السمة مميزة للغاية، وتظهر بالفعل في الطيف المرصود. والسبب في أننا نبدأ بالسمات المميزة هو أنه قد يكون من الصعب في كثير من الأحيان التمييز بين خطين شديدي التقارب أو باهتين جدًّا. لذا عندما يكون لدينا سمة كبيرة مثل هذا الخط الأصفر، من الجيد أن نبدأ بالتحقق منها؛ لأننا سنرى بوضوح إذا ما كانت موجودة أم لا.

بما أن هذا الخط الأصفر يظهر في كل من طيف الكربون والطيف المرصود، دعونا نتحقق من الخطوط الأخرى في طيف الكربون. جميع الخطوط الأخرى في طيف الكربون لها نظائر مطابقة تمامًا في الطيف المرصود، باستثناء هذا الخط الأخضر. في الطيف المرصود، يوجد خط أخضر عريض ساطع عند هذا الموضع. قد يكون هذا ببساطة نتيجة لإضافة خطين شديدي التقارب معًا، لكنه قد يكون سمة مختلفة تمامًا. لذا لا يمكننا بعد استنتاج إذا ما كان الكربون موجودًا في الطبقات الخارجية للنجم أم لا.

بالانتقال إلى البورون، يمكننا على الفور استنتاج أن البورون ليس موجودًا في الطبقات الخارجية للنجم؛ لأن هذا الخط البرتقالي وهذا الخط الأرجواني ليس لهما نظير في الطيف المرصود. وعلى الرغم من أن الخطوط الثلاثة الأخرى تبدو كأنها تظهر في الطيف المرصود، وقد يكون من الصعب بالفعل تحديد إذا ما كانت موجودة أم لا، فإن الخطين اللذين حددناهما لا يظهران بالتأكيد في الطيف المرصود. لذا، نحن على يقين من أن البورون لا يساهم في الطيف الذي نراه.

يتميز طيف الهليوم ببعض السمات البارزة التي يمكننا التحقق منها على الفور، وهي زوجان من الخطوط في المنطقة الأرجوانية ومجموعة واحدة من ثلاثة خطوط في المنطقة الزرقاء. إذا تجاهلنا هذا الخط الأزرق وهذا الخط الأرجواني من الطيف المرصود، فسنلاحظ أن لدينا بالضبط هذين الزوجين من الخطوط الأرجوانية ومجموعة الخطوط الزرقاء الثلاثة التي نراها في الهليوم. لذا، إذا كان هذان الخطان آتيين من طيف آخر، وهو ما يحدث على الأرجح، فإن لدينا دليلًا جيدًا على وجود الهليوم في الطيف المرصود.

بإلقاء نظرة على الخطوط المتبقية، نرى أن كلًّا من الخط الأزرق والخط الأزرق المخضر والخط البرتقالي والخطين الأحمرين لها نظائر دقيقة في الطيف المرصود. ولكن عندما نصل إلى الخطين الأخضرين، نجد الخط الأخضر العريض نفسه الذي سبب لنا مشكلة في حالة الكربون. لكن في الواقع، هذا يحل المشكلة. فالدمج بين خط الكربون والخط الموجود على اليمين في الهليوم سيعطينا خطًّا أخضر عريضًا في الطيف المرصود إذا كانت أطوالهما الموجية مختلفة اختلافًا طفيفًا. إذن، فإن الدمج بين الخط المزدوج من الهليوم والخط الأحادي من الكربون سيعطينا هذه السمة في الطيف المرصود.

بذلك نكون قد استنتجنا أن جميع خطوط الكربون وجميع خطوط الهليوم تتطابق مع الطيف المرصود. إذن، الطيف المرصود يحتوي على الكربون والهليوم.

أما الخطوط المتبقية في الطيف المرصود التي لم نضعها في الاعتبار بعد، فهي هذا الخط البنفسجي، وهذا الخط الأزرق، وهذا الخط الأزرق المخضر، وهذا الخط الأحمر، وهي تتوافق تمامًا مع خطوط طيف الهيدروجين. لذا فإن الهيدروجين أيضًا أحد العناصر التي تساهم في الطيف المرصود. في الواقع، من خلال خطوط الهيدروجين والهليوم والكربون، نكون قد فسرنا وجود كل خطوط الطيف المرصود.

نستنتج إذن أن من بين العناصر الخمسة التي بدأنا بها، الهيدروجين والهليوم والكربون هي العناصر الثلاثة الموجودة في الطبقة الخارجية للنجم.