نظري-الكم واالطیاف :المادة

المرحلة الرابعة

الفصل الثاني

المحاضرة االولي

ھیمن برھان الدین عبدالرحمن.د

1

Spectroscopy الطیف.یعرف الطیف بانھ التاثیر المتبادل بین االشعة الكھرومغناطیسیة و المادة المراد دراستھا

الشعاعو) matter(المادةبین) interaction(التداخلبدراسةاألطیافعلمیھتم •یمتد من أشعة جاما عالیة الطاقة والذي) electromagnetic radiation(الكھرومغناطیسي

highly energetic إلى موجات الرادیو المنخفضة الطاقة جداvery low energetic .ت الحمراءمرورا باألشعة السینیة وأشعة المایكروویف واألشعة فوق البنفسجیة والمرئیة وتح

دراسة یقوم علم االطیاف علي دراسة امتصاص او انبعاث االشعة من قبل الذرات او الجزیئات و•. االطیاف التي تنشاء عن ذلك

ان انتقال الذرة او الجزئ من مستوي طاقة الي مستوي طاقة اخر یصاحبھا اما امتصاص او •.االنبعاث في الطاقة الكھرومغناطیسیة

یة التي ان العالقة االساسیة بین مقدار التغیر طاقة الذرة او الجزئ و مقدار الطاقة الكھرومغناطس•:یتم تبادلھا مع الوسط الخارجي ھي

2

المادةبینالتداخالتھذهقیاس :تعنينھافا)Spectrometry(المطیافیةالقیاساتأما•

طریقعنكمیاأوالموادلھذهالكیمیائیةالتراكیبعلىالتعرفطریقعنوصفیاوالشعاع

.الموادھذهتراكیزقیاس

الطیفمقیاسأجھزةأوبالمطیافیاتتدعىالقیاساتبھذهتقومالتياألجھزةوأما•

)Spectrometers(طیفيراسمأو)Spectrograph (بینالتداخلمخططالىویشار

).spectrum(طیفأو)spectrogram(طیفيبمخططوالشعاعالمادة

3

یعرفمابذلكوتشكل، volumeویشغل حیز من الفراغ ، أي لھ حجم massكل شيء لھ كتلة ھي

الذراتتجمعمنتتكونفھي) chemical elements(الكیمیائیةالعناصرأما .الملموسبالكون

ات البروتونمنعددعليتحتوي)nucleus(نواةمنتتكون)atom(والذرة،كمیائیةبروابط

)protons (والنیوتروناتالشحنةموجبةجسیمات)neutrons (حولھاویدورشحنةمتعادلةجسیمات

ونةالمكاالساسیةالجسیماتھيالجسیماتتلكوأن,الشحنةسالبةجسیمات) electrons(إلكترونات

.تكون صلبة أو سائلة أو غازیةحیث )phases(وتتعدد صور وحاالت المادة ،للمادة

الموادعلى والتعرفللتمییز،والتحلیلیةالفیزیائیةالكیمیاءفيغالباتسخدمالمطیافیاتفانذلكوعلى

الموادھذهمنالمنبعثالطیفخاللمنكمیاتھاوقیاسلھاالكیمیائیةالتراكیبعلىالتعرفطریقعن

.أیضاثارتھاإنتیجةالموادھذهبواسطةالممتصالطیفخاللمنأو،ثارتھاإبعد

(Matter) المادة

4

)electromagnetic radiation(الكھرومغناطیسيالشعاعجوم إلي النالمظلمة السدم من بدءا أطوال األمواج الضوئیة، الكھرومغناطیسي جمیع یصف الطیف

.كان لیكون غیر مرئي لوالهعالَماً یظھر فھو المتفجرة تحسسھ أعیننا الضوء الذي تولكن عینیك رؤیتھ، بإمكان بما غالبا ما تفكر بالضوء فأنت عندما تفكر

م العلماء جزءا صغیرا جدًا من مجموع األضواء التي تحیط بنا، ویستخدھو فقط البدایة، فھو یمثل ادیویة مصطلح الطیف الكھرومغناطیسي لوصف النطاق الكامل للضوء الموجود، بدءا من األمواج الر

.سبة لناوانتھاءا بأشعة غاما، فإّن معظم الضوء المتواجد في الكون ھو في الحقیقة غیر مرئي بالنمن اشعة )كما مبین في الجدول(تتكون االشعة الكھرومغناطیسیة علي التوالي حسب الطول الموجي

الموجات غاما واالشعة السینیة واالشعة الفوق البنفسجیة والضوء المرئي واالشعة تحت الحمراء و.المیكرونیة ثم موجات الرادیویة

5

Electromagnetic spectrum

6

ق علیھا لذلك اطل,فسر ماكسویل طبیعة ھذة االشعة علي اساس نظریة الدینامیكا الكھرومغناطسیة

ھذه االشعة طبقا لنظریة ماكسویل عبارة عن مجال كھربائي واخر . االشعة الكھرومغناطسیة

ئة موجة تنتشر االشعة علي ھی. مغناطیسي یتعامد كل منھما علي االخر وعلي اتجاه انتشار االشعة

كما مبین في , علي التوالي)E,B(جیبیبة ویرمز لمتجھي المجالین المغناطیسي والكھربائي بالحرفین

. الشكل

The magnetic and electric field is perpendicular on each other and perpendicular to the direction of motion 7

یرمز لھا ان سرعة انتشار االشعة في الفراغ لكل المناطق المذكورة ثابتة وتعرف بسرعة الضوء و

.ثانیةمتر لكل 299,792,458قیمتھ وتساوي Cبالرمز

) لیتینوھي المسافة بین قمتین او قعرینن متتا(وتعرف الضوء بانھا حاصل ضرب طول الموجة

).التردد*الطول الموجي= سرعة الضوء في الفراغ (اي ) عدد الدورات في الثانیة(والتردد

ثیر من الحاالت اثبت الدراسات التي قام بھا اینشتین وبالنك وبوھر في القرن التاسع عشر انھ في ك

اقتھا من وتحسب ط) فوتونات(یمكن اعتبار االشعة االكھرومغناطسیة سیل من الجسیمات او الكمات

E=hv=hc/λ: معادلة بوھر التالیة

یالحظ من ھذه العالقة انة كلما زاد التردد او قل الطول الموجي زادت الطاقة التي یعبر عنھا

.بالجول 8

اء وعدم تشترك االشعة الكھرومغناطیسیة في بعض الخواص منھا سرعة االنتشار في الفض

واالنكسار االنحراف بالمجال الكھربائي او المغناطیسي وایضا تشترك في ظاھرتي االنعكاس

.التداخل والحیود واالستقطاب:والظواھر الطبیعیة المعروفة مثل

قة ھذة االشعة في المناطق المختلفة فان اشعة كل منط) او طول موجة(نظرا الختالف تردد

فاعل تتمیز بمصادر اشعاع وطرق قیاس وتحلیل وكشف خاصة بھاعالوة علي ان طبیعة ت

. ىاالشعة الكھرومغناطیسیة مع المادة تختلف باختالف خواص اشعة كل منطقة عن االخر

9

10

11

12

Wave propertiesالخصائص الموجیة للشعاع الكھرومغناطیسي

شعة المقصود بھ شعاع واحد ، ولكنھ یتكون من خلیط من األلیس أن الشعاع الكھرومغناطیسي

من الكھرمغناطیسیة المختلفة ، والتي یتمیز كل شعاع منھا بمدى من األطوال الموجیة ، ومدى

.التردد أو التذبذب ومدي طاقي یختلف من شعاع آلخر كما سیأتي شرحھ الحقا

حركة تدفع أي )wave motion(موجیةویتقدم الشعاع الكھرومغناطیسي في صورة حركة

)direction downward(ثم تدفعھ نحو األسفل)upward direction(الشعاع نحو األعلى

).trough(وقاع)crest(قمةالموجة التي لھا مثل

13

ضافة إلى باإل. وتعتمد سرعة الموجة على نوع الموجة ، وعلى طبیعة الوسط الذي تنتقل فیھ

ي ومن المعلوم أن الضوء شكل من أشكال الطاقة تكون سرعتھ ف. التردد ، وطول الموجة

2.9976x 1010الفراغ الوسط الواحد ثابتة ومقدارھا في cm/sec. ونظرا لكون الشعاع

الكھرومغناطیسي ضوء ولھ طاقة ، فإنھ یتأثر بالمادة ویؤثر فیھا ،

14

لشعاع حیث یالحظ تأثیر المادة في الضوء من قابلیتھا إلشعاعھ وامتصاصھ وعكسھ أي أن ا

و تقویةأ)reflection(أو انعكاس)refraction(الكھرومغناطیسي یمكن أن یحدث لھ حیود

)reinforcement(أو اضمحالل بالتداخل)destructive interference(. أما

واد البالستیكیة تأثیرالضوء في المادة فیالحظ من تغیر ألوان بعض األصباغ ، وتشقق بعض الم

.، وتأثیر األفالم الفوتوغرافیة وغیر ذلك

15