क्वांटित इलेक्ट्रॉनिक ऊर्जा के लिए प्रमाण:परमाण्विक स्पेक्ट्रा

जैसे ही प्रकाश किरण एक माध्यम से दूसरे माध्यम में जाती है, वह अपने प्रारंभिक मार्ग से विचलित या अपवर्तित हो जाती है। जब श्वेत प्रकाश की किरण को प्रिज्म के माध्यम से प्रसारित किया जाता है, तो यह देखा जाता है कि कम तरंग दैर्ध्य वाली तरंग लंबी तरंग दैर्ध्य वाली तरंग की तुलना में अधिक मुड जाती है। साधारण सफ़ेद प्रकाश में दृश्य परास में सभी तरंगदैर्ध्य वाली तरंगे होती हैं।

सफ़ेद प्रकाश की किरण रंगीन पट्टियों की एक श्रंखला में फ़ैल जाती है, जिसे स्पेक्ट्रम कहते हैं। लाला रंग की तरंगदैर्ध्य सबसे अधिक होती है और इसका विचलन सबसे कम होता है जबकि बैंगनी रंग की तरंगदैर्ध्य की सबसे कम होती है और इसका विचलन सबसे अधिक होता है। सफेद प्रकाश का दृश्यमान स्पेक्ट्रम बैंगनी से 7.50×10¹⁴ हर्ट्ज पर लाल से 4×10¹⁴ हर्ट्ज पर चलता है। इसे सतत स्पेक्ट्रम कहा जाता है। क्योंकि बैंगनी नीले रंग में मिल जाता है, नीला हरे रंग में मिल जाता है, आदि। जब आकाश में इंद्रधनुष बनता है, तो यह एक समान स्पेक्ट्रम उत्पन्न करता है। दृश्यमान प्रकाश विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक छोटा सा भाग है। जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण पदार्थ के साथ संपर्क में आता है, तो परमाणु और अणु ऊर्जा को अवशोषित कर सकते हैं और उच्च ऊर्जा अवस्था में स्थानांतरित हो सकते हैं। बढ़ी हुई ऊर्जा के कारण ये अस्थिर अवस्था में हैं। परमाणु और अणु अपनी सामान्य (अधिक स्थिर, कम ऊर्जा अवस्था) ऊर्जा अवस्था में लौटने के लिए विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों में विकिरण छोड़ते हैं।

जब सफ़ेद प्रकाश परमाणुओं और अणुओं के साथ सम्पर्क करता है तो यह एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा को अवशोषित करता है और विभन्न विकिरण का तरंगदैर्ध्य उत्पन्न करता है जिससे परमाणु स्पेक्ट्रा बनता है। परमाणु स्पेक्ट्रा दो प्रकार का होता है:

• उत्सर्जन स्पेक्ट्रा
• अवशोषण स्पेक्ट्रा

उत्सर्जन स्पेक्ट्रा

किसी पदार्थ से ऊर्जा अवशोषण के बाद उत्सर्जित विकिरण का स्पेक्ट्रम उत्सर्जन स्पेक्ट्रम कहलाता है। परमाणु अणु या आयन विकिरण के अवशोषण पर उत्तेजित हो जाते हैं।

एक उत्सर्जन स्पेक्ट्रम तब उत्पन्न होता है जब परमाणु या अणु सामान्यतः फोटॉन के रूप में विद्युत चुम्बकीय विकिरण उत्सर्जित करते हैं, जब वे उच्च ऊर्जा स्तर से निम्न ऊर्जा स्तर में संक्रमण करते हैं। उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में विशिष्ट तरंग दैर्ध्य पर प्रकाश की अलग-अलग रेखाएं या बैंड होते हैं, जो संक्रमण में शामिल ऊर्जा स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर के अनुरूप होते हैं। किसी तत्व या यौगिक का उत्सर्जन स्पेक्ट्रम अद्वितीय होता है और इसका उपयोग विशिष्ट तत्वों या यौगिकों की उपस्थिति की पहचान करने के लिए किया जा सकता है। प्रत्येक तत्व या यौगिक में उत्सर्जन रेखाओं का अपना विशिष्ट समूह होता है।

उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में कई अलग-अलग रेखाएँ होती हैं जिन्हें बामर श्रृंखला के रूप में जाना जाता है।

अवशोषण स्पेक्ट्रा

एक अवशोषण स्पेक्ट्रम तब प्राप्त होता है जब एक नमूना विद्युत चुम्बकीय विकिरण की विशिष्ट तरंग दैर्ध्य को अवशोषित करता है, जिससे निरंतर स्पेक्ट्रम पर अंधेरे बैंड या रेखाएं निकलती हैं। अवशोषण तब होता है जब नमूने में परमाणु या अणु फोटॉन को अवशोषित करते हैं और निम्न ऊर्जा स्तर से उच्च ऊर्जा स्तर तक संक्रमण से गुजरते हैं।

किसी पदार्थ का अवशोषण स्पेक्ट्रम अनिवार्य रूप से उसके उत्सर्जन स्पेक्ट्रम का व्युत्क्रम होता है। अवशोषण स्पेक्ट्रम में गहरी रेखाएं या बैंड प्रकाश की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप होते हैं जिन्हें नमूने द्वारा अवशोषित किया गया है। अवशोषण स्पेक्ट्रम का उपयोग कुछ पदार्थों की उपस्थिति की पहचान करने या किसी नमूने की संरचना का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है।

अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा संबंधित हैं क्योंकि उनमें परमाणुओं या अणुओं में समान ऊर्जा स्तर के संक्रमण शामिल होते हैं। अवशोषण और उत्सर्जन लाइनों की तरंग दैर्ध्य आमतौर पर समान होती है क्योंकि दोनों प्रक्रियाओं के लिए दो स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर समान होता है।

उत्सर्जन और अवशोषण स्पेक्ट्रा का अध्ययन करके, वैज्ञानिक परमाणुओं और अणुओं के ऊर्जा स्तर और इलेक्ट्रॉनिक संरचना में अंतर्दृष्टि प्राप्त कर सकते हैं। ये स्पेक्ट्रा रसायन विज्ञान, भौतिकी और खगोल विज्ञान सहित विज्ञान के विभिन्न क्षेत्रों में महत्वपूर्ण उपकरण हैं, क्योंकि वे पदार्थों की संरचना, व्यवहार और गुणों के बारे में बहुमूल्य जानकारी प्रदान करते हैं।

हाइड्रोजन का रेखीय स्पेक्ट्रम

हाइड्रोजन के लाइन स्पेक्ट्रम को हाइड्रोजन परमाणु के बोह्र मॉडल द्वारा समझाया जा सकता है, जिसे 1913 में नील्स बोह्र द्वारा प्रस्तावित किया गया था। इस मॉडल के अनुसार, हाइड्रोजन परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन अलग-अलग ऊर्जा स्तरों ग्रहण कर लेते हैं, और जब वे इन स्तरों के बीच संक्रमण करते हैं, तो वे विशिष्ट ऊर्जा के फोटॉन  उत्सर्जित करते हैं या विशिष्ट ऊर्जा के फोटॉन को अवशोषित करते हैं। हाइड्रोजन का लाइन स्पेक्ट्रम प्रकाश की तरंग दैर्ध्य या आवृत्तियों के विशिष्ट सेट को संदर्भित करता है जो हाइड्रोजन परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित या अवशोषित होते हैं।

हाइड्रोजन में, लाइन स्पेक्ट्रम में अलग-अलग रेखाओं या प्रकाश की तरंग दैर्ध्य की एक श्रृंखला होती है। सबसे प्रसिद्ध श्रृंखला लाइमन, बामर और पासचेन श्रृंखला हैं, जिनका नाम उनके संबंधित खोजकर्ताओं के नाम पर रखा गया है। हाइड्रोजन के रेखा स्पेक्ट्रम में वर्णक्रमीय रेखाओं की कई श्रृंखलाएँ होती हैं, जिनका नाम उन वैज्ञानिकों के नाम पर रखा गया है जिन्होंने सबसे पहले उनकी खोज की थी।

अभ्यास प्रश्न

• उत्सर्जन तथा अवशोषण स्पेक्ट्रम किस प्रकार आपस में भिन्न हैं।
• उत्सर्जन स्पेक्ट्रा से आप क्या समझते हैं।
• अवशोषण स्पेक्ट्रम आप क्या समझते हैं।
• हाइड्रोजन का रेखीय स्पेक्ट्रम क्या है ? समझाइये।