نموذج بور والخطوط الطيفية

في وضع النموذج تظهر الذرة بطريقتين جنبًا إلى جنب: نموذج بور بأغلفته K وL وM…، وسلّم الطاقة حسب الأغلفة الفرعية (s وp وd). عندما يقفز الإلكترون من مستوى أعلى إلى مستوى أدنى، يطلق فوتونًا يتوقف لونه على فرق الطاقة بين المستويين. في وضع التجربة، يمر ضوء أنبوب التفريغ عبر شق ومنشور ويكوّن على اللوح الفوتوغرافي الخطوط الطيفية للعنصر: «باركود» من الضوء يميّز كل ذرة. في طيف الامتصاص يعبر الضوء الأبيض الذرة (في التجربة يضيء مصباح غاز الأنبوب دون تفريغ): فلا تمتص الذرة إلا الألوان التي تساوي طاقتها تمامًا طاقة قفزة من المستوى الأرضي، فتصير خطوطًا داكنة. لذلك يحوي طيف الامتصاص خطوطًا أقل من طيف الانبعاث. كثير من الغازات، مثل الهيدروجين والهيليوم، لا تمتص إلا الأشعة فوق البنفسجية: وعلى اللوح الفوتوغرافي، الذي لا يُظهر إلا المرئي، لا تظهر خطوط داكنة. في وضع البناء تُبنى الذرة بسحب البروتونات والنيوترونات والإلكترونات (أو باختيار العنصر في الجدول الدوري)، حتى الأوغانيسون (Z = 118)، مع التوزيع وفق مبدأ البناء التصاعدي: عدد البروتونات يحدد العنصر، والإلكترونات الزائدة أو الناقصة تكوّن أيونًا، والنيوترونات تغيّر الكتلة (النظائر). عندما تكون الذرة متعادلة، يأخذك زر «اعرض الطيف» إلى وضع النموذج مع هذا العنصر (المحاكي لا يملك إلا خطوط الذرات المتعادلة).

مستويات الطاقة والخطوط قيم مقيسة، مأخوذة من قاعدة بيانات الأطياف الذرية في NIST. لون كل خط ناتج عن فرق الطاقة بين مستويين، $\lambda = hc/\Delta E$. لا يعطي نموذج بور هذه القيم بدقة إلا للهيدروجين ($E_n = -13{,}6/n^2$ eV)؛ أما في الذرات الأخرى فأنصاف أقطار الأغلفة توضيحية فقط. الخطوط المتقاربة جدًا تظهر خطًا واحدًا. في الامتصاص، احتمال أن تمتص كل قفزة يأتي من شدة المذبذب المحسوبة بمعاملات أينشتاين من NIST؛ والضوء الأبيض في المحاكاة يرسل فوتونات عند طاقات هذه القفزات أكثر من مصباح حقيقي، لكي تظهر الخطوط خلال ثوانٍ.

Marco P. M. de Souza