परमाण्वीय स्पेक्ट्रम

Atomic Spectra

परमाणु स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित या अवशोषित विद्युत चुम्बकीय विकिरण (प्रकाश) के पैटर्न हैं। ये स्पेक्ट्रा परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों के ऊर्जा स्तर के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी प्रदान करते हैं और परमाणु भौतिकी के विकास में मौलिक रहे हैं। परमाणु स्पेक्ट्रा के तीन मुख्य प्रकार हैं: निरंतर, उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा।

1. सतत स्पेक्ट्रम

सतत स्पेक्ट्रम प्रकाश का एक स्पेक्ट्रम है जिसमें एक निश्चित सीमा के भीतर सभी तरंग दैर्ध्य शामिल होते हैं। सतत स्पेक्ट्रम का एक उदाहरण सफेद प्रकाश का स्पेक्ट्रम है, जिसमें सभी दृश्यमान रंग शामिल होते हैं। एक सतत स्पेक्ट्रम अलग-अलग रेखाएँ या बैंड नहीं दिखाता है।

2. उत्सर्जन स्पेक्ट्रम

जब परमाणु प्रकाश उत्सर्जित करते हैं तो एक उत्सर्जन स्पेक्ट्रम उत्पन्न होता है। इसमें विशिष्ट तरंग दैर्ध्य की चमकीली रेखाएँ या बैंड होते हैं। प्रत्येक तत्व का अपना अद्वितीय उत्सर्जन स्पेक्ट्रम होता है, और स्पेक्ट्रम में रेखाएं ऊर्जा स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉनों के संक्रमण के अनुरूप होती हैं।

3. अवशोषण स्पेक्ट्रम

जब परमाणु प्रकाश की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करते हैं तो एक अवशोषण स्पेक्ट्रम उत्पन्न होता है। यह एक सतत स्पेक्ट्रम पर काली रेखाओं या बैंड के रूप में दिखाई देता है। इन अंधेरी रेखाओं को अवशोषण रेखाओं के रूप में भी जाना जाता है और ये उन तरंग दैर्ध्य के अनुरूप होती हैं जिन्हें परमाणुओं द्वारा अवशोषित किया गया है।

बोह्र मॉडल

नील्स बोह्र का परमाणु मॉडल परमाणु स्पेक्ट्रा को समझने के लिए विशेष रूप से उपयोगी है। बोह्र मॉडल में, इलेक्ट्रॉन विशिष्ट ऊर्जा स्तरों या कक्षाओं तक ही सीमित होते हैं। इलेक्ट्रॉन अलग-अलग मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित या उत्सर्जित करके इन ऊर्जा स्तरों के बीच घूम सकते हैं।

एक विशिष्ट ऊर्जा स्तर में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा समीकरण द्वारा दी जाती है:

$E_{n}=-{\frac {R_{H}}{n^{2}}},$

जहाँ:

   $E_{n}$​ $n$वें ऊर्जा स्तर में इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा है।

   $R_{H}$ रिडबर्ग स्थिरांक ($2.18\times 10^{-18}J$) है।

   $n$ प्रमुख क्वांटम संख्या है, जो ऊर्जा स्तर का प्रतिनिधित्व करती है।

उत्सर्जन स्पेक्ट्रा

उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में, जब एक इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तर (ईईईआई) से निम्न ऊर्जा स्तर (ईएफईएफ) में संक्रमण करता है, तो यह प्रकाश का एक फोटॉन उत्सर्जित करता है। उत्सर्जित फोटॉन की ऊर्जा की गणना समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

$E_{photon}=E_{i}-E_{f},$

यह ऊर्जा प्रकाश की एक विशिष्ट तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है, और परिणामी वर्णक्रमीय रेखा तत्व के लिए अद्वितीय है।

अवशोषण स्पेक्ट्रा

अवशोषण स्पेक्ट्रम में, जब एक इलेक्ट्रॉन विशिष्ट ऊर्जा के एक फोटॉन को अवशोषित करता है, तो यह निम्न ऊर्जा स्तर ($E_{i}$) से उच्च ऊर्जा स्तर ($E_{i}$​) में परिवर्तित हो जाता है। अवशोषित ऊर्जा संबंधित उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में उत्सर्जित फोटॉन की ऊर्जा के समान होती है।

परमाणु स्पेक्ट्रा आरेख

यहां परमाणु स्पेक्ट्रा, विशेष रूप से उत्सर्जन स्पेक्ट्रम की अवधारणा को दर्शाने वाला एक सरलीकृत आरेख है:

               Emission Spectrum of Hydrogen Atom

            |  *  *   *   *   *   *   *   *   *   *   *  *  *  *  *  *  |
Intensity   |  *  *   *   *   *   *   *   *   *   *   *  *  *  *  *  *  |
            |  *  *   *   *   *   *   *   *   *   *   *  *  *  *  *  *  |
            |  *  *   *   *   *   *   *   *   *   *   *  *  *  *  *  *  |
            |  *  *   *   *   *   *   *   *   *   *   *  *  *  *  *  *  |
            |  *  *   *   *   *   *   *   *   *   *   *  *  *  *  *  *  |
            |  *  *   *   *   *   *   *   *   *   *   *  *  *  *  *  *  |
            +------------------------------------------------------------+
            Wavelength (λ)

आरेख में, हाइड्रोजन परमाणु के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में अलग-अलग रेखाएँ देख सकते हैं। प्रत्येक रेखा ऊर्जा स्तरों के बीच एक विशिष्ट इलेक्ट्रॉन संक्रमण से मेल खाती है।

प्रमुख बिंदु

•    परमाणु स्पेक्ट्रा परमाणुओं के भीतर ऊर्जा स्तर और इलेक्ट्रॉन संक्रमण में अंतर्दृष्टि प्रदान करता है।
•    बोह्र मॉडल परमाणु स्पेक्ट्रा को समझने के लिए एक सरलीकृत लेकिन उपयोगी मॉडल है।
•    उत्सर्जन स्पेक्ट्रा का उपयोग तत्वों की पहचान करने के लिए किया जाता है, जबकि अवशोषण स्पेक्ट्रा पदार्थों की संरचना की पहचान करने में मदद करता है।

संक्षेप में

परमाणु स्पेक्ट्रा परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित या अवशोषित विद्युत चुम्बकीय विकिरण के पैटर्न हैं, जो परमाणु संरचना और इलेक्ट्रॉन ऊर्जा स्तरों के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्रदान करते हैं।