مناقشة تجربة طيف ذرة الهيدروجين؟

خطوط طيف الهيدروجين ينقسم طيف انبعاث ذرات الهيدروجين إلى عدة مجموعات أطياف، وتعطي معادلة ريدبرج أطوال موجاتها . تنشأ تلك الخطوط الطيفية من انتقال الإلكترون في ذرة الهيدروجين بين مستويات طاقة مختلفة . وتستخدم مسلسلات أطياف بصفة خاصة في علم الفلك بغرض التعرف على أماكن وجود الهيدروجين في الكون، وكذلك في حساب الانزياح الأحمر الذي نرصده في الأجرام السماوية البعيدة عنا . كذلك اكتشفت عدة أطياف أخرى بتقدم تقنية المطيافية.

خطوط طيف الهيدروجين: توضيح المتسلسلات.
يختلف طيف الهيدروجين عن أطياف العناصر الكيميائية الأخرى، مثل الكربون والأكسجين والحديد وغيرها، أي يختلف توزيع خطوط الطيف التي نستطيع قياسها معمليا عند تسخين أو إشعال العينة، وتوزيعها يعطينا نوع عنصر العينة، إذ لكل عنصر “بصمة” من خطوط الطيف خاصة به . ويستغل التحليل الطيفي في الكيمياء لمعرفة مكونات عينة من العناصر

يفسر ظهور خطوط طيف الهيدروجين بقفزات معينة للإلكترون بين مستويات الطاقة لذرة الهيدروجين . وأبسط نموذج لذرة الهيدروجين يعطيه نموذج بور الذي اقترحه العالم الدانمركي نيلز بور عام 1913 . طبقاً لهذا النموذج، عندما يقفز الإلكترون من مستوى طاقة عالي إلى مستوى طاقة منخفض فإنه يُصدر فوتونا له طول موجة معينة .

تجمع خطوط الطيف في مجموعات أو مسلسلات . وتبدأ كل مجموعة بالخط ذو أطول موجة(أو أقل تردد) فيها . وتستخدم لها حروفا يونانية تعبر عن كل مسلسلة . وعل سبيل المثال : الخط 2 ← 1 يسمى “لايمان-ألفا” Ly-α، بينما الخط 7 ← 3 فيسمى “باشين-دلتا” Pa-δ . وبعض خطوط طيف الهيدروجين تقع خارج تلك المسلسلات، مثل خط الهيدروجين ذو طول الموجة 21 سنتيمتر . ولكن مثل هذا الخط يحدث عن انتقالات نادرة للإلكترون في ذرة الهيدروجين، ويسمى هذا الانتقال “انتقال بنية فائقة الدقة . [1] كذلك تؤدي البنية الدقيقة للذرة إلى خطوط طيف تظهر مزدوجة أو أكثر من خطين تكون قريبة من بعضها جداً، وهي ناشئة عن تأثيرات النظرية النسبية على الإلكترون (أي بسبب سرعات للإلكترون قريبة من سرعة الضوء في الذرة). [2]

نستطيع رؤية تلك الخطوط في طيف الهيدروجين في المختبر عندما تكون العينة نقية . وبعض تلك الخطوط يكون خافتا، ويمكن أن يختلط بخطوط من عناصر أخرى (مثل خطوط الهيليوم إذا استخدمنا ضوء الشمس، أو خطوط النيتروجين إذا كان التحليل في الهواء) . أما الخطوط خارج الطيف المرئي فهي لا يمكن رؤيتها في ضوء الشمس حيث أن جو الارض يمتص معظم أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.