درسنامه آموزشی شیمی (1) کلاس دهم رشته ریاضی و تجربی

آیا تاکنون با خود اندیشید‌ه‌اید، چگونه می‌توان به اجزای سازندۀ خورشید و ستاره‌ها پی برد؟

چگونه می‌توان دمای خورشید را اندازه‌گیری کرد؟ آیا با دماسنج‌های معمولی می‌توان دمای خورشید را اندازه‌گیری کرد؟ 

به دلیل اینکه خورشید و دیگر اجرام آسمانی از ما بسیار دور هستند، ویژگی‌های آنها را نمی‌توان به طور مستقیم اندازه‌گیری کرد. همچنین دمای اجسام بسیار داغ را نمی‌توان با ابزاری مانند دماسنج تعیین کرد؛ زیرا دماسنج در این دما‌ها ذوب می‌شود؛ با این توصیف چگونه می‌توان دمای خورشید، اجزای سازندۀ آن و دمای شعله‌های بسیار داغ را تعیین کرد و اطلاعات ارزشمندی از آنها به دست آورد؟

نور، امکان یافتن پاسخ این پرسش‌ها را فراهم می‌آورد. نوری که از ستاره یا سیار‌ه‌ای به ما می‌رسد، نشان می‌دهد که آن ستاره یا سیاره از چه ساخته شده و دمای آن چقدر است؟ دانشمندان با دستگاهی به نام طیف سنج می‌توانند از پرتو‌های گسیل شده از مواد گوناگون، اطلاعات ارزشمندی دربارۀ آنها به دست آورند. اینکه نور چیست؟ چگونه تولید می‌شود؟ حامل چه اطلاعاتی است؟ پرسش‌های مهمی است که در ادامه، پاسخ آنها را خواهید یافت.

نور خورشید، اگرچه سفید به نظر می‌رسد اما با عبور از قطره‌های آب موجود در هوا، که پس از بارش هنوز در هوا پراکند‌ه است، تجزیه می‌شود و گستر‌ه‌ای پیوسته از رنگ‌ها را ایجاد می‌کند. این گسترۀ رنگی، شامل بی‌نهایت طول موج از رنگ‌های گوناگون است (شکل 14).

چشم ما تنها می‌تواند گسترۀ محدودی از نور را ببیند. به این گستره، که رنگ‌های سرخ، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش را در برمی‌گیرد، گسترۀ مرئی می‌گویند (شکل 15). بررسی‌ها نشان می‌دهد که نور خورشید شامل گسترۀ بسیار بزرگ‌تری از این پرتو‌هاست. پرتو‌هایی که از نوع پرتو‌های الکترومغناطیسی است و با خود انرژی حمل می‌کند به‌طوری که هرچه طول موج آن کوتاه‌تر باشد، انرژی بیشتری با خود حمل می‌کند؛ برای نمونه انرژی نور آبی از نور سرخ بیشتر است (شکل 15).

نشر نور و طیف نشری

آتش بازی با مواد شیمیایی، نورهای رنگی زیبا، چشم نواز و شادی بخشی در آسمان ایجاد می‌کند که از آن در جشن‌های ملی و رویدادهای جهانی مانند بازی‌های المپیک استفاده می‌شود (شکل 16).

کدام جزء از یک ترکیب شیمیایی، این رنگ‌ها را ایجاد می‌کند؟ تجربه نشان می‌دهد که بسیاری از نمک‌ها شعلۀ رنگی دارند، به‌طوری که اگر مقداری از محلول نمک را با افشانه روی شعله بپاشیم، رنگ شعله تغییر می‌کند؛ برای نمونه رنگ شعلۀ فلز سدیم و ترکیب‌های گوناگون آن مشابه و زرد رنگ، درحالی که رنگ شعلۀ فلز مس و ترکیب‌های گوناگون آن مشابه و سبز رنگ است (جدول 2).

سبز	زرد	سرخ
مس $(II)$ نیترات	سدیم نیترات	لیتیم نیترات
مس $(II)$ کلرید	سدیم کلرید	لیتیم کلرید
مس $(II)$ سولفات	سدیم سولفات	لیتیم سولفات
فلز مس	فلز سدیم	فلز لیتیم

مطابق جدول، رنگ شعلۀ فلز لیتیم و همۀ ترکیب‌های آن به رنگ سرخ است؛ از این رو می‌توان نتیجه گرفت که رنگ سرخ ایجاد شده در یک شعله می‌تواند، نشان دهندۀ وجود عنصر لیتیم در آن باشد. در واقع از روی تغییر رنگ شعله می‌توان به وجود عنصر فلزی در آن پی برد.

شیمی‌دان‌ها به فرایندی که در آن یک مادۀ شیمیایی با جذب انرژی، از خود پرتوهای الکترومغناطیس گسیل می‌دارد، نشر (Emission) می‌گویند. اگر نور نشر شده از یک ترکیب لیتیم‌دار در شعله را از یک منشور عبور دهیم، الگویی مانند شکل زیر به دست می‌آید که به آن طیف نشری خطی لیتیم می‌گویند (شکل 17).

از آنجا که طیف نشری خطی لیتیم در گسترۀ مرئی، تنها شامل چهار خط یا طول موج رنگی است به آن طیف خطی می‌گویند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که هر عنصر، طیف نشری خطی ویژۀ خود را دارد و مانند اثر انگشت ما، می‌توان از آن طیف برای شناسایی عنصر استفاده کرد.