يعد طيف الانبعاث وسيلة تحليلة مفيدة لتحديد نوع عينة مجهولة من الغاز

في عالم الكيمياء والفيزياء، تلعب التحاليل الطيفية دورًا محوريًا في استكشاف خصائص المواد. ويُعد طيف الانبعاث أحد أهم الأدوات التحليلية التي تمكّن العلماء من تحديد نوع الغازات المجهولة بدقة عالية. فكل عنصر كيميائي يُصدر طيفًا فريدًا عند تعرضه للإثارة، مما يجعل من هذا الطيف "بصمة ضوئية" لا يمكن تكرارها. وفي هذا المقال في موقع مفاهيم تعرف على إجابة سؤال يعد طيف الانبعاث وسيلة تحليلة مفيدة لتحديد نوع عينة مجهولة من الغاز؟ صواب أم خطأ.

للنشر

واتس اب شارك غرد شارك

جدول المحتويات

• يعد طيف الانبعاث وسيلة تحليلة مفيدة لتحديد نوع عينة مجهولة من الغاز؟ صواب خطأ؟
• ما هو طيف الانبعاث؟
  • كيف نحصل على طيف الانبعاث؟
  • كيف يحدث طيف الانبعاث؟
  • خصائص طيف الانبعاث
  • أنواع طيف الانبعاث
  • ما هي استخدامات طيف الانبعاث؟
  • كيف يمكن استخدام طيف الانبعاث الذري للتعرف على عنصر مجهول؟
• كيف يمكن قياس الغاز؟
  • 1. قياس حجم الغاز
  • 2. قياس ضغط الغاز
  • 3. قياس درجة حرارة الغاز
  • 4. قياس كمية الغاز (عدد المولات)
  • 5. تحليل تركيب الغاز

يعد طيف الانبعاث وسيلة تحليلة مفيدة لتحديد نوع عينة مجهولة من الغاز؟ صواب خطأ؟

الإجابة: هي صواب

عندما يُسخَّن الغاز أو يُثار كهربائيًا، تنتقل إلكتروناته إلى مستويات طاقة أعلى، ثم تعود إلى مستوياتها الأصلية مطلقة طاقة على شكل ضوء. هذا الضوء يحتوي على أطوال موجية محددة تُشكّل طيف الانبعاث، وهو فريد لكل عنصر، مثل بصمة الإصبع.

لذلك يمكن مقارنة هذا الطيف مع أطياف معروفة لتحديد الغاز المجهول بدقة، وتُستخدم هذه الطريقة في:

• التحليل الكيميائي.
• الفلك (تحديد مكونات النجوم).
• الصناعات والبحوث العلمية.

ما هو طيف الانبعاث؟

طيف الانبعاث هو: الضوء (أو الإشعاع الكهرومغناطيسي) الذي ينبعث من ذرات العنصر عندما تُثار إلكتروناتها ثم تعود إلى مستويات طاقة أقل.

• طيف الانبعاث هو أداة تحليلية دقيقة تُستخدم في علمَي الكيمياء والفيزياء لتحديد نوع العينة المجهولة من الغازات. يتكوّن هذا الطيف من مجموعة من الألوان أو الترددات التي تنبعث من الغاز عند تعرّضه لإثارة خارجية مثل الحرارة أو التيار الكهربائي.
• تقوم فكرة طيف الانبعاث على أن ذرات كل عنصر تستجيب للطاقة بشكل فريد، فترتفع إلكتروناتها إلى مستويات طاقة أعلى، ثم تعود إلى حالتها الأصلية مطلقةً طاقة على شكل ضوء مميز. هذا الضوء يتم تحليله باستخدام مطياف، فتظهر خطوط ملونة تختلف من عنصر لآخر، وكأنها "بصمة ضوئية" لكل عنصر.
• يُستخدم طيف الانبعاث لتحديد الهوية الكيميائية للعينة، وقياس تركيز العناصر فيها، كما يتيح للعلماء فهمًا أعمق لتفاعلات الذرات تحت ظروف مختلفة. ولهذا، فهو أداة أساسية في تحليل الغازات، سواء في المختبرات أو في الفضاء الخارجي عند دراسة مكونات النجوم والكواكب.

كيف نحصل على طيف الانبعاث؟

• إثارة الذرات وذلك عندما نُسخّن العنصر (عادةً غاز أو بخار) أو نمرّر تيارًا كهربائيًا فيه، ويؤدي ذلك إلى انتقال الإلكترونات داخل الذرات إلى مستويات طاقة أعلى (حالة غير مستقرة).
• ترجع الإلكترونات سريعًا إلى مستوياتها الأدنى، وتُطلق الطاقة الزائدة على شكل ضوء (فوتونات).
• يُمرر الضوء المنبعث عبر منشور زجاجي أو شبكة حيود، فيُحلل إلى أطوال موجية (ألوان)، ونحصل على خطوط ضوئية ملوّنة مميزة على خلفية سوداء، تُسمى طيف الانبعاث الخطي.

كيف يحدث طيف الانبعاث؟

• عندما يتم تسخين غاز أو إثارة ذراته كهربائيًا، تمتص الإلكترونات طاقة وتقفز إلى مستويات طاقة أعلى.
• عند عودتها إلى حالتها الأصلية، تُطلق هذه الإلكترونات الطاقة على شكل ضوء.
• هذا الضوء يتم تحليله باستخدام مطياف، فنحصل على خطوط لونية مميزة لكل عنصر.

خصائص طيف الانبعاث

إليك أهم خصائص طيف الانبعاث:

• خاصية التفرّد (Uniqueness): كل عنصر كيميائي يُصدر طيفًا مميزًا خاصًا به، يُشبه "بصمة ضوئية" لا تتكرر بين العناصر. هذه الخاصية تُستخدم لتحديد هوية العنصر بدقة.
• طيف خطي (Line Spectrum): طيف الانبعاث الناتج عن الذرات المنفردة (خاصة في الغازات) يظهر على شكل خطوط منفصلة وملونة عند أطوال موجية محددة، وليس طيفًا متصلًا.
• يعتمد على الإثارة: يتكون الطيف فقط عندما تُثار ذرات العنصر (حراريًا أو كهربائيًا)، فينتقل الإلكترون لمستوى طاقة أعلى ثم يعود، مطلقًا طاقة ضوئية.
• الألوان والطول الموجي: كل خط في الطيف له لون معين وطول موجي محدد يعكس الفرق بين مستويي الطاقة في الذرة.
• الدقة العالية في التحليل: يمكن بفضل طيف الانبعاث التعرف على العناصر حتى ولو كانت بنسب ضئيلة جدًا في العينة.
• غير متصل (Unlike Continuous Spectrum): بعكس الطيف المتصل الصادر من الأجسام الساخنة، فإن طيف الانبعاث الذري يتكون من خطوط منفصلة، ويُعد أكثر دقة في التحديد.

أنواع طيف الانبعاث

• طيف خطي: يصدر عن الغازات أو الذرات المنفردة (مثل طيف الهيدروجين أو الصوديوم).
• طيف مستمر: يصدر عن الأجسام الصلبة أو السائلة المُسخنة بشدة (مثل المصباح المتوهج).

ما هي استخدامات طيف الانبعاث؟

يُستخدم طيف الانبعاث في عدة مجالات علمية وعملية نظرًا لدقته في تحديد نوع العناصر، وإليك أهم استخداماته:

1. يستخدم العلماء طيف الانبعاث لتحديد العناصر المجهولة في العيّنات.
2. يُستفاد منه في الكيمياء التحليلية لمعرفة مكونات المعادن والمواد.
3. الفلكيون يدرسون الضوء الصادر من النجوم والمجرات لتحديد العناصر الموجودة فيها.
4. يُساعد في معرفة درجة حرارة النجوم وتركيبها الكيميائي وحتى حركتها (بسبب انزياح دوبلر).
5. يُستخدم في الكشف عن تلوث المياه والهواء من خلال تحليل العناصر الثقيلة أو الغازات.
6. في تصنيع المعادن والسبائك يتم تحليل الطيف لتحديد نسبة الشوائب أو نوع العنصر بدقة.
7. يُستخدم في اختبار جودة المواد.
8. يُساعد في تحليل الأدلة الجنائية (كالعينات الكيميائية) لمعرفة مكوناتها.
9. تُستخدم بعض العناصر المعروفة بطيف انبعاث معين لإنتاج ألوان مميزة (مثل الصوديوم للون الأصفر، والنحاس للأزرق).

كيف يمكن استخدام طيف الانبعاث الذري للتعرف على عنصر مجهول؟

يمكن استخدام طيف الانبعاث الذري للتعرف على عنصر مجهول من خلال الخطوات التالية:

1. إثارة ذرات العنصر المجهول

• يتم تسخين العينة أو تمرير تيار كهربائي خلالها.
• هذا يُثير إلكترونات الذرات لترتفع إلى مستويات طاقة أعلى.

2. عودة الإلكترونات لمستواها الأصلي

• عندما تعود الإلكترونات إلى مستوياتها الأدنى، تُطلق الطاقة في صورة ضوء مكوَّن من أطوال موجية محددة.

3. تحليل الضوء الصادر باستخدام مطياف (Spectroscope)

• يُحلل الضوء إلى طيف انبعاث خطي، حيث تظهر خطوط لونية مميزة على خلفية سوداء.

4. مقارنة طيف العينة المجهولة بأطياف معروفة

• كل عنصر له طيف انبعاث فريد (مثل بصمة الإصبع).
• بمطابقة الخطوط اللونية في العينة مع قاعدة بيانات الأطياف، يمكن تحديد العنصر.

مثال عملي: إذا أصدرت العينة خطوطًا لونية في أماكن مطابقة لطيف الهيدروجين (خط بنفسجي، أزرق، وأحمر في مواقع معينة)، فإن العنصر هو الهيدروجين.

هذه الطريقة تُستخدم في:

• التحاليل المعملية.
• دراسة مكونات النجوم.
• اكتشاف عناصر جديدة.

كيف يمكن قياس الغاز؟

يمكن قياس الغاز بطرق مختلفة حسب الغرض من القياس (مثل الكمية، الضغط، التركيب)، وإليك الطرق الأساسية:

1. قياس حجم الغاز

• باستخدام المحقنة أو الأسطوانة المدرّجة: لقياس الحجم مباشرة بوحدة اللتر (L) أو المليلتر (mL).
• طريقة الإزاحة بالماء: يُجمع الغاز في أنبوب مقلوب مملوء بالماء، ويتم قياس حجم الغاز المزاح.

2. قياس ضغط الغاز

• البارومتر: لقياس الضغط الجوي.
• المانومتر: جهاز يُستخدم لقياس ضغط الغاز المحصور في وعاء.

3. قياس درجة حرارة الغاز

• يُستخدم الترمومتر (ميزان الحرارة) بوحدات مثل السيليزية (°C) أو الكلفن (K).

4. قياس كمية الغاز (عدد المولات)

يُحسب باستخدام قانون الغاز المثالي:

PV=nRT

• P = الضغط (atm)
• V = الحجم (L)
• n = عدد المولات (mol)
• R = ثابت الغاز (0.0821 L·atm/mol·K)
• T = درجة الحرارة بالكلفن

5. تحليل تركيب الغاز

باستخدام أجهزة مثل:

• مطياف الكتلة (Mass Spectrometer) لتحديد مكونات الغاز.
• مطياف الامتصاص أو الانبعاث لتحديد العناصر فيه.