فیلم آموزشی طیف نشری

دسترسی انسان به ستاره‌ها و سیاره‌ها غیرممکنه؛ اما انسان اطلاعات زیادی درباره اینها داره. یعنی چطور تونسته به این اطلاعات دست پیدا کنه؟?

جواب این سوال میشه نور!!!

نور در واقع شکلی از انرژیه که به صورت موج منتشر میشه و ما از روی نوری که از هر ستاره یا سیاره به ما میرسه می‌تونیم بفهمیم که چه عنصرهایی در اون وجود داره و حتی دماش چنده!

این نور به وسیله دستگاه طیف‌سنج بررسی میشه.(با دستگاه طیف سنج جرمی قاطیش نکنید!)

این دستگاه می‌تونه با تجزیه و تحلیل نور یک جرم آسمانی، اطلاعاتی مانند عنصرهای سازنده و ... در اختیارمون قرار بده.

یا دماسنجی وجود داره که می‌تونه با جذب تابش‌های فروسرخ نشر شده از جسم داغ، دمای اون رو نشون بده که بهش دماسنج فروسرخ گفته میشه.

بنابراین لازمه با نور، که نوعی از امواج الکترومغناطیسه آشنا بشیم ...

نور یا امواج الکترومغناطیس، یک سری موجند با شکل های مختلف، که این موج با خودش انرژی حمل می‌کنه، در واقع هنگامی که تخلیه الکتریکی در گاز هیدروژن انجام بشه، اتم های گازی تحریک شده و از خودشون پرتوهایی نشر می‌کنن که به اونها امواج الکترومغناطیس یا تابش های الکترومغناطیس میگیم.

این امواج بر اساس طول موج یا انرژی به دسته‌های زیر تقسیم میشن (جلوتر راجب طول موج و انرژی این امواج بیشتر می خونیم):

* شکل موج رو ما در اینجا در حد یک چیز مارپیچی بررسی می‌کنیم ولی در فصل 3 فیزیک دوازدهم بیشتر در موردش می‌خونید.

* به فاصله دو نقطه مشابه در یک موج، طول موج گفته میشه که با حرف $\lambda$ (لاندا می‌خونیمش) نشونش می‌دیم.

* این نکته خیلی مهمه که بدونیم انرژی موج با طول موج اون، رابطه عکس داره یعنی مثلا اگر طول موج یه پرتو الکترومغناطیس $200 nm$ باشه، در مقایسه با یه پرتو دیگه که طول موج $800 nm$ داره، انرژیش بیشتره.

* همچنین به این موضوع توجه کنید که نور خورشید فقط شامل گستره مرئی نمیشه، این چشم ماست که فقط امواج مرئی رو می‌بینه. این یعنی نور خورشید از پرتوهای گاما تا امواج رادیویی رو در خودش داره ?

یه نتیجه گیری بکنیم:

{در واقع جنس نور مرئی(Vis)، پرتو X، پرتو گاما($\gamma$)، ریزموج ها(Mw) و در واقع تمام امواج الکترومغناطیس یکیه ولی طول موج و انرژی‌های متفاوتی دارن.}

حالا طبق شکل کتاب درسی و برحسب طول موج‌هایی که رسم کرده، کدوم یک از این امواج انرژی بیشتری داره؟؟

خب بریم سراغ تجزیه نور خورشید:

* با عبور تابش‌های الکترومغناطیس از یک منشور، نوارهای تک رنگ به صورت خطی یا پیوسته تشکیل میشه که به این نوارها "طیف" میگن و برای بررسی دقیق ساختمان اتم مورد استفاده قرار می‌گیرن.

خب حالا همونطور که تو کتاب درسی هم گفته شده نور خورشید هنگام عبور از منشور به 7 تا رنگ تجزیه میشه. البته دوباره یادآوری می‌کنم که نور خورشید، تمام امواج الکترومغناطیس رو شامل میشه اما چشم ما فقط می‌تونه گستره محدودی از اون رو ببینه که به این گستره ی شامل 7 رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش، گستره مرئی میگن.

و بالاخره طیف نشری خطی!

دو نوع طیف رو می‌تونیم به وسیله یک منشور ایجاد کنیم:

1. طیف پیوسته:

همونطور که قبلا هم گفتیم وقتی که نور سفید خورشید رو از یک منشور عبور می‌دیم، بی نهایت خطوط رنگی ایجاد میشه که مجموع اونها به 7 رنگ مختلف دیده میشن، به طوری که مرز دقیقی بینشون وجود نداره و یک طیف پیوسته دیده میشن.

2. طیف نشری خطی:

هنگامی که نور نشر شده از شعله یک ترکیب شیمیایی فلزدار رو از منشور عبور بدیم و این نور رو روی کاغذ مشکی مخصوصی بندازیم، تعداد محدودی خط رنگی جدا از هم ایجاد میشه که بهش طیف نشری خطی میگیم.

این طیف ها چجوری به دست میان؟؟

در نظر بگیرید یک میخی رو بگیریم روی شعله؛ چه اتفاقی میفته؟ میخ آهنی بعد از داغ شدن نور تولید می‌کنه. حالا اگه مثلا سدیم یا چیزهایی که در اونها سدیم وجود داره(مثل $NaCl$، $Na_{2}CO_{3}$،$Na_{2}O$) رو داغ کنیم، نور زرد رنگ می‌بینیم و این اتفاق برای فلز هایی مثل مس و لیتیم و ... هم میفته.

اما حرف اینه که چرا اصلا باید رنگ شعله ها وجود داشته باشه و چرا باید وقتی چیزی داغ میشه نور تولید کنه؟

به فرایندی که یک عنصر بعد از داغ شدن از خودش نور تولید یا گسیل می‌کنه، نشر گفته میشه.

حالا اگر بیایم این نور رو از منشور عبور بدیم و روی یک کاغذ سیاه رنگ خاص بتابونیم(البته به این راحتی ها هم نیست ولی اصول کلی کار اینه) یک گستره گسسته از چن تا خط ایجاد میشه که بهش طیف نشری خطی اون عنصر می‌گیم.

این الگو مثل بارکده و مثل اثر انگشت ما که برای هر شخصی منحصر به فرده برای عناصر مختلف متفاوته و هیچ دو عنصری طیف نشری خطی یکسانی ندارن.

جلوتر خواهیم خوند که همه‌ی عنصرها، چه فلز، چه نافلز، طیف نشری خاص خودشون رو دارن؛ مثلا از لامپ نئون در ساخت تابلوهای تبلیغاتی برای ایجاد نوشته‌های نورانی سرخ رنگ استفاده می‌کنن.

حالا ممکنه این سوال براتون پیش بیاد که پس چرا کتاب درسی در مورد تغییر رنگ شعله، فقط گیر داده به فلزات؟ و در مورد نافلزها صحبتی نکرده؟!

راستش معمولا نافلزهای موجود در ترکیبات مختلف که به صورت یون هستن، بر اثر حرارت شعله به اتم نافلز تبدیل میشن و نافلز مورد نظر! بر اثر گرما سریعا فرار را بر قرار ترجیح داده و در شعله آتش باقی نمی‌مونه! خب وقتی ماده مورد نظر ما در دسترس نباشه، دیگه شعله به خاطر نافلز تغییر رنگ نمیده ...

** نکته پلاس: برای شناسایی نافلزها می‌توان به جای شعله‌ی آتش از لوله تخلیه الکتریکی استفاده کرد. (جلوتر هم می‌گیم که بالمر هم با همین روش تونست به طیف نشری خطی هیدروژن دست پیدا کنه.)

و اما طیف نشری خطی اتم هیدروژن

هیدروژن به عنوان سبک ترین عنصر دارای طیف نشری به نسبت ساده ایه. طیف نشری هیدروژن که به صورت خطوط طیفی در محدوده مرئی ظاهر میشن، اولین بار توسط بالمر و با روش تخلیه الکتریکی کشف شد. البته طیف اتمی یون های هیدروژن مانند ($He^{+}$ و$Li^{2+}$) مشابه اتم هیدروژنه چون این یون‌ها هم تک الکترونی ان.

یکی از موفقیت‌های اصلی مدل اتمی بور، توضیح طیف نشری خطی هیدروژن بود. قبل از مدل بور، به صورت تجربی کشف شده بود که اتم هیدروژن از خودش نور نشر میده. حتی برای یافتن طول موج نور منتشر شده، فرمولی هم وجود داشت که البته اون هم به صورت تجربی به دست اومده بود.

مشکل اصلی توضیح علت انتشار نور و به وجود اومدن طیف نشری خطی بود که نیلز بور با ارائه مدل اتمی خودش، به خوبی این پدیده رو توضیح داد.

برسیم به کاربرد طیف نشری خطی

منحصر به‌فرد بودن طیف نشری خطی کاربردهای زیادی هم داره؛ مثلا یه شهاب سنگی به زمین برخورد می‌کنه. چجوری می‌تونیم بفهمیم که این شهاب سنگ شامل چه فلزاتیه؟

دقیقا با طیف نشری گرفتن از این شهاب سنگ!!

وقتی یه الگویی از طیف نشری خطی این شهاب سنگ رو به دست بیاریم و با طیف هایی که از قبل برای فلزات مختلف داشتیم مقایسه‌اش کنیم و تطبیق بدیم، نهایتا می‌تونیم تشخیص بدیم که کدوم فلزات در این شهاب سنگ وجود دارن?

سوالات:

1. سوختن کدام یک از عناصر زیر، نوری با طول موج بلندتر ایجاد می کند؟

الف) سدیم ب) لیتیم ج) نئون د) مس

2. نور زرد در نور لامپ های موجود در خیابان، به دلیل وجود چه ماده‌ای در آن هاست؟

3. از کاربردهای طیف نشری خطی به چه مواردی می‌توان اشاره کرد؟

4. دلیل منحصر به فرد بودن طیف نشری خطی برای عناصر مختلف چیست؟