من طرف السلام عليكم ورحمة الله وبركاته
بحث في عنوان الطيف الجزيئي
مقدمة
فلقد حظي علم المطيافية باهتمام متزايد في السنوات الاخيرة من قبل الكيميائين وأصبح بالإمكان الحصول على معلومات دقيقة حول التركيب الالكتروني والجزيئي للمركبات الكيميائية بالاضافة الى تطبيقات علم المطيافية في مختلف فروع الكيمياء مما يجعل فهم المطيافية ضروريا للعديد من الدراسات الكيميائية .
يعني علم المطيافية بالتأثيرات المتبادلة بين المادة والاشعاع كما ان كافة الاطياف تنشأ عن انتقالات بين حالات طاقة معينة فبالنسبة للمطيافية الجزيئية ( تنتاول مطيافية الجزئيات ) تؤدي هذه الانتقالات الى تغير في الطاقة الداخلية للجزيئة عند امتصاص او انبعاث الاشعاع الكهرومغناطيسي والذي يحدث بكميات محدودة او مكماة : ان تردد الاشعاع المنبعث او الممتص من قبل المادة يخضع الى علاقة بلانك
يشمل التحليل الطيفي إنتقال الذرات او الجزئيات من حالة طاقة إلى حالة طاقة آخرى نتيجة لامتصاص أو انبعاث فوتون من الاشعة الكهرومغناطيسية . فالطيف الخطي للذرات يرجع الى الانتقالات الالكترونية بين مستويات الطاقة المختلفة التي تحكم بقواعد الاختيار . والطيف الذري قد اعطى قوة دافعة لتطور نظرية الكم
والطيف الذري قد اعطى قوة دافعة لتطور نظرية الكم كما انه استخدم كمعيار لقياس نجاح النظرية او فشلها
فان التركيب الالكتروني للجزئيات يكون اكثر تعقيدا ويختلف عن ذلك الخاص بالذرات بالاضافة الى ذلك فان الحركات الدورانية والاهتزازية للانوية تشارك في الطاقة الجزئية . الطيف الجزيئي اكثر تعقيدا عن الطيف الخطي البسيط للذرات ومع ذلك فإن تفسير الطيف الجزيئي يعتبر امر جدير بالاهتمام بسبب غزراة المعلومات التي يمكن الحصول عليها
فمعظم معلوماتنا التجريبية عن التركيب الالكتروني والمسافات بين والترددات الاهتزازية والخواص الأخرى المهمة للجزئيات قد أ شتقت من البيانات الطيفية وايضا الى جانب التقدير الكمي للجزئيات
ان الاطياف الذرية تتالف من خطوط طيفية ناتجة من انتقالات الكترونية بين مستويات الطاقة الالكترونية للذرة غير ان الاطياف الجزيئية تظهر كحزم عريضة تظهر عند تحليلها بدقة كمجموعة من الخطوط الطيفية الناتجة عن عدد من الانتقالات ، لذا فان الخط الطيفي ينشأ عن انتقال واحد في حين تكون الحزمة الطيفية ناتجة عن عدد كبير من الانتقالات . هنا تجدر الاشارة الى ان عرض الخط الطيفي ( (( Spectral line width) ) لانتقال ما ناتج عن عوامل ثلاثة هي :
أولا : الاتساع الطبيعي ( (( Spectral line width) )
يحدث الاتساع الطبيعي في مستويات الطاقة وذلك لان طاقة أي حالة من حالات النظام تخضع حسب مبدأ هايزنبرغ في اللاتحديد الى شك او لادقة مقدارها E∂ وتعطى بدلاله العلاقة
تشير المعادلة 3 الى أنه كلما ازاداد زمن بقاء الجزيئية في مستوى طاقة معينة امكن تحديد طاقته بدقة اكبر ، لذا فان طاقة الحالة الدنيا للجزيئية يمكن تحديدها عادة بدقة عالية اذا ان الجزيئة تبقى معظم الوقت في حالة الطاقة الدنيا ( اللادقة في الزمن ∂t كبيرة ) غير ان الحالات المثارة تكون عادة اقل استقرار وان الجزيئة لاتبقى في هذه الحالات الا لفترات زمنية قصيرة جدا قد تصل في بعض الاحيان الى 10-9sec لذا فان الشك ( او اللادقة ) في كافة الحالات المثارة يكون اكبر منه في طاقة الحالة الدنيا . وينتج عن ذلك مايسمى بالاتساع الطبيعي للخطوط الطيفية ويعتمد ذلك على الاستقرارية النسبية للحالة الدنيا والحالات المثارة.
الاتساع بالتصادم ( collision broadening )
وهذا ناتج عن الحركة المستمرة لجزيئات المادة اذا ان الجزيئات تصطدم بعضها بعض ويزداد ذلك بارتفاع درجة الحرارة ممايؤدي الى تغيير في مستويات الطاقة الجزيئية وبالأخص مستويات الطاقة الدورانية والاهتزازية ، هنا تجدر الاشاره الى ان التصادم في الحالة السائلة يكون اكثر مما في الحالة الغازية لذا فان اطياف الغازات تكون عادة اكثر حدة ( sharper) واقل اتساعا من اطياف السوائل .
ثالثا : اتساع دوبلر ( Doppler broadening)
وهي ظاهرة عامة تنتج عندما يتحرك مصدر الاشعاع نسبة لجهاز القياس اذا ينتج عن ذلك ازاحة لتردد الاشعاع المقاس وتحدث هذه الظاهرة مع موجات الصوت ايضا فإذا كان مصدر الصوت متحركا فاننا لانسمع الصوت واضحا بل مشوشا كنتيجة لاتساع تردد الصوت .
ولما كانت جزئيات المادة ( السوائل والغازات ) والتي يمكن اعتبارها مصادر للاشعاع المنبعث او الممتص ، تتحرك بصورة عشوائية نسبة لجهاز القياس فان تردد الاشعاع يخضع الى ازاحة ايجايبة وسلبية ممايؤدي الى اتساع الخطوط الطيفية .
هنالك انواع عديدة من حالات الطاقة للجزئيات تشمل مستويات الطاقة الدورانية ، مستويات الطاقة الاهتزازية ، ومستويات الطاقة الالكترونية للجزيئة ، اذ يمكن كتابة طاقة الجزئية بصورة تقريبة كاالاتي :
ان فصل مكونات الطاقة كما في المعادلة 4 ماهو الا صورة تقريبة لواقع بالغ التعقيد اذ ان فصل مستويات الطاقة الالكترونية يتم تطبيق تقريب بورن – اوبنهايمر كما ان الحركة الدورانية لجزيئة مايصاحبها عادة حركة اهتزازية تنشأ عن حركة الذرات بفعل قوى النبذ اللامركزي الناتجة عن الحركة الدورانية للجزئية .
لقد دلت التجارب العلمية في هذا المجال على ان اغلب الانتقالات الالكترونية للجزئيات يصاحبها أيضا تغير في مستويات الطاقة الاهتزازية ممايؤدي إلى ظهور حزم عريضة . كذلك فان الاطياف الاهتزازية يصاحبها تغير في مستويات الطاقة الدورانية اذ لايمكن في كثير من الاحيان فصل الاطياف الدورانية من الاطياف الاهتزازية . ان فروق مستويات الطاقة الالكترونية تكون اكبر بكثير من مستويات الطاقة الدورانية
بحث في عنوان الطيف الجزيئي
مقدمة
فلقد حظي علم المطيافية باهتمام متزايد في السنوات الاخيرة من قبل الكيميائين وأصبح بالإمكان الحصول على معلومات دقيقة حول التركيب الالكتروني والجزيئي للمركبات الكيميائية بالاضافة الى تطبيقات علم المطيافية في مختلف فروع الكيمياء مما يجعل فهم المطيافية ضروريا للعديد من الدراسات الكيميائية .
يعني علم المطيافية بالتأثيرات المتبادلة بين المادة والاشعاع كما ان كافة الاطياف تنشأ عن انتقالات بين حالات طاقة معينة فبالنسبة للمطيافية الجزيئية ( تنتاول مطيافية الجزئيات ) تؤدي هذه الانتقالات الى تغير في الطاقة الداخلية للجزيئة عند امتصاص او انبعاث الاشعاع الكهرومغناطيسي والذي يحدث بكميات محدودة او مكماة : ان تردد الاشعاع المنبعث او الممتص من قبل المادة يخضع الى علاقة بلانك
يشمل التحليل الطيفي إنتقال الذرات او الجزئيات من حالة طاقة إلى حالة طاقة آخرى نتيجة لامتصاص أو انبعاث فوتون من الاشعة الكهرومغناطيسية . فالطيف الخطي للذرات يرجع الى الانتقالات الالكترونية بين مستويات الطاقة المختلفة التي تحكم بقواعد الاختيار . والطيف الذري قد اعطى قوة دافعة لتطور نظرية الكم
والطيف الذري قد اعطى قوة دافعة لتطور نظرية الكم كما انه استخدم كمعيار لقياس نجاح النظرية او فشلها
فان التركيب الالكتروني للجزئيات يكون اكثر تعقيدا ويختلف عن ذلك الخاص بالذرات بالاضافة الى ذلك فان الحركات الدورانية والاهتزازية للانوية تشارك في الطاقة الجزئية . الطيف الجزيئي اكثر تعقيدا عن الطيف الخطي البسيط للذرات ومع ذلك فإن تفسير الطيف الجزيئي يعتبر امر جدير بالاهتمام بسبب غزراة المعلومات التي يمكن الحصول عليها
فمعظم معلوماتنا التجريبية عن التركيب الالكتروني والمسافات بين والترددات الاهتزازية والخواص الأخرى المهمة للجزئيات قد أ شتقت من البيانات الطيفية وايضا الى جانب التقدير الكمي للجزئيات
ان الاطياف الذرية تتالف من خطوط طيفية ناتجة من انتقالات الكترونية بين مستويات الطاقة الالكترونية للذرة غير ان الاطياف الجزيئية تظهر كحزم عريضة تظهر عند تحليلها بدقة كمجموعة من الخطوط الطيفية الناتجة عن عدد من الانتقالات ، لذا فان الخط الطيفي ينشأ عن انتقال واحد في حين تكون الحزمة الطيفية ناتجة عن عدد كبير من الانتقالات . هنا تجدر الاشارة الى ان عرض الخط الطيفي ( (( Spectral line width) ) لانتقال ما ناتج عن عوامل ثلاثة هي :
أولا : الاتساع الطبيعي ( (( Spectral line width) )
يحدث الاتساع الطبيعي في مستويات الطاقة وذلك لان طاقة أي حالة من حالات النظام تخضع حسب مبدأ هايزنبرغ في اللاتحديد الى شك او لادقة مقدارها E∂ وتعطى بدلاله العلاقة
تشير المعادلة 3 الى أنه كلما ازاداد زمن بقاء الجزيئية في مستوى طاقة معينة امكن تحديد طاقته بدقة اكبر ، لذا فان طاقة الحالة الدنيا للجزيئية يمكن تحديدها عادة بدقة عالية اذا ان الجزيئة تبقى معظم الوقت في حالة الطاقة الدنيا ( اللادقة في الزمن ∂t كبيرة ) غير ان الحالات المثارة تكون عادة اقل استقرار وان الجزيئة لاتبقى في هذه الحالات الا لفترات زمنية قصيرة جدا قد تصل في بعض الاحيان الى 10-9sec لذا فان الشك ( او اللادقة ) في كافة الحالات المثارة يكون اكبر منه في طاقة الحالة الدنيا . وينتج عن ذلك مايسمى بالاتساع الطبيعي للخطوط الطيفية ويعتمد ذلك على الاستقرارية النسبية للحالة الدنيا والحالات المثارة.
الاتساع بالتصادم ( collision broadening )
وهذا ناتج عن الحركة المستمرة لجزيئات المادة اذا ان الجزيئات تصطدم بعضها بعض ويزداد ذلك بارتفاع درجة الحرارة ممايؤدي الى تغيير في مستويات الطاقة الجزيئية وبالأخص مستويات الطاقة الدورانية والاهتزازية ، هنا تجدر الاشاره الى ان التصادم في الحالة السائلة يكون اكثر مما في الحالة الغازية لذا فان اطياف الغازات تكون عادة اكثر حدة ( sharper) واقل اتساعا من اطياف السوائل .
ثالثا : اتساع دوبلر ( Doppler broadening)
وهي ظاهرة عامة تنتج عندما يتحرك مصدر الاشعاع نسبة لجهاز القياس اذا ينتج عن ذلك ازاحة لتردد الاشعاع المقاس وتحدث هذه الظاهرة مع موجات الصوت ايضا فإذا كان مصدر الصوت متحركا فاننا لانسمع الصوت واضحا بل مشوشا كنتيجة لاتساع تردد الصوت .
ولما كانت جزئيات المادة ( السوائل والغازات ) والتي يمكن اعتبارها مصادر للاشعاع المنبعث او الممتص ، تتحرك بصورة عشوائية نسبة لجهاز القياس فان تردد الاشعاع يخضع الى ازاحة ايجايبة وسلبية ممايؤدي الى اتساع الخطوط الطيفية .
هنالك انواع عديدة من حالات الطاقة للجزئيات تشمل مستويات الطاقة الدورانية ، مستويات الطاقة الاهتزازية ، ومستويات الطاقة الالكترونية للجزيئة ، اذ يمكن كتابة طاقة الجزئية بصورة تقريبة كاالاتي :
ان فصل مكونات الطاقة كما في المعادلة 4 ماهو الا صورة تقريبة لواقع بالغ التعقيد اذ ان فصل مستويات الطاقة الالكترونية يتم تطبيق تقريب بورن – اوبنهايمر كما ان الحركة الدورانية لجزيئة مايصاحبها عادة حركة اهتزازية تنشأ عن حركة الذرات بفعل قوى النبذ اللامركزي الناتجة عن الحركة الدورانية للجزئية .
لقد دلت التجارب العلمية في هذا المجال على ان اغلب الانتقالات الالكترونية للجزئيات يصاحبها أيضا تغير في مستويات الطاقة الاهتزازية ممايؤدي إلى ظهور حزم عريضة . كذلك فان الاطياف الاهتزازية يصاحبها تغير في مستويات الطاقة الدورانية اذ لايمكن في كثير من الاحيان فصل الاطياف الدورانية من الاطياف الاهتزازية . ان فروق مستويات الطاقة الالكترونية تكون اكبر بكثير من مستويات الطاقة الدورانية
