سلسلة ديفيوز

سلسلة الانتشار هي سلسلة من الخطوط الطيفية في طيف الانبعاث الذري ، تنشأ عندما تنتقل الإلكترونات بين المدار p الأدنى والمدارات d في الذرة. يتغير الزخم الزاوي المداري الكلي بين 1 و2. تشمل هذه الخطوط الطيفية بعضها في نطاق الضوء المرئي، وقد تمتد إلى الأشعة فوق البنفسجية أو الأشعة تحت الحمراء القريبة. تتقارب الخطوط تدريجيًا مع ازدياد التردد، دون أن تتجاوز حد السلسلة. كان لسلسلة الانتشار دورٌ هام في تطوير فهم أغلفة الإلكترونات وأغلفتها الفرعية في الذرات. وقد أُطلق الحرف d على المدار الذري أو الغلاف الفرعي d نظرًا لسلسلة الانتشار .

تُعطى قيم السلسلة المنتشرة بواسطة

${\displaystyle v={\frac {R}{\left[2+p\right]^{2}}}-{\frac {R}{\left[m+d\right]^{2}}}\quad {\text{حيث}}\;\,m=2,3,4,...}$

تنتج هذه السلسلة عن انتقالات من أدنى مستوى طاقة P إلى مدارات D ذات طاقة أعلى. أحد المصطلحات المستخدمة لتحديد هذه الخطوط هو: 1P-mD ^{[ 1 ].} لكن تجدر الإشارة إلى أن 1P تعني ببساطة أدنى مستوى طاقة P في غلاف التكافؤ للذرة، وأن التسمية الحديثة تبدأ من 2P، وتكون أكبر بالنسبة للذرات ذات العدد الذري الأعلى.

قد تحمل هذه المصطلحات تسميات مختلفة، مثل mD للأنظمة أحادية الخط، وmδ للثنائيات، وmd للثلاثيات. ^{[ 2 ]}

بما أن الإلكترون في مستوى الطاقة الفرعي D ليس أدنى مستوى طاقة لذرة الفلز القلوي (بل مستوى الطاقة S هو الأدنى)، فإن سلسلة الانبعاث المنتشرة لن تظهر كامتصاص في غاز بارد، ولكنها ستظهر كخطوط انبعاث. ويكون تصحيح ريدبيرغ أكبر ما يمكن بالنسبة لمستوى الطاقة S، حيث يخترق الإلكترون النواة الداخلية للإلكترونات بشكل أكبر.

يتوافق الحد الأقصى للسلسلة مع انبعاث الإلكترون ، حيث يمتلك الإلكترون طاقة كبيرة لدرجة أنه يفلت من الذرة. ^{[ 3 ]}

في الفلزات القلوية، يتم تقسيم مصطلحات P ${\displaystyle 2P_{\frac {3}{2}}}$و${\displaystyle 2P_{\frac {1}{2}}}$وهذا ما يجعل الخطوط الطيفية عبارة عن خطوط مزدوجة ، مع وجود مسافة ثابتة بين جزئي الخط المزدوج. ^{[ 4 ]}

يُطلق على هذا الانقسام اسم البنية الدقيقة. ويكون الانقسام أكبر بالنسبة للذرات ذات العدد الذري الأعلى ، ويتناقص كلما اقتربنا من نهاية السلسلة. ويحدث انقسام آخر على الخط الأحمر للثنائية، وذلك بسبب الانقسام في مستوى الطاقة D.${\displaystyle nd^{2}D_{\frac {3}{2}}}$و${\displaystyle nd^{2}D_{\frac {5}{2}}}$يكون التقسيم في المستوى D أقل من المستوى P، ويتناقص كلما اقتربنا من حد السلسلة. ^{[ 5 ]}

كانت السلسلة المنتشرة تسمى سابقًا السلسلة الفرعية الأولى، بينما كانت السلسلة الحادة هي السلسلة الفرعية الثانية، وكلاهما تابع للسلسلة الرئيسية (أقل كثافة منها) . ^{[ 2 ]}

حد السلسلة المنتشرة هو نفسه حد السلسلة الحادة . في أواخر القرن التاسع عشر، أُطلق على هذين الحدين اسم السلاسل التكميلية.

تنقسم الخطوط الطيفية للسلسلة المنتشرة إلى ثلاثة خطوط فيما يُعرف بالبنية الدقيقة . هذه الخطوط تجعل الخط الكلي يبدو منتشرًا. والسبب في ذلك هو أن مستويي الطاقة P و D ينقسمان إلى مستويين متقاربين في الطاقة. ينقسم مستوى الطاقة P إلى${\displaystyle P_{\frac {1}{2}}\ and\ P_{\frac {3}{2}}}$. يتم تقسيم D إلى${\displaystyle D_{\frac {3}{2}}\ and\ D_{\frac {5}{2}}}$لا يمكن أن تحدث سوى ثلاثة من التحولات الأربعة الممكنة لأن تغير الزخم الزاوي لا يمكن أن يكون له مقدار أكبر من واحد. ^{[ 6 ]}

في عام 1896، صاغ آرثر شوستر قانونه: "إذا طرحنا تردد الاهتزاز الأساسي من تردد تقارب السلسلة الرئيسية، نحصل على تردد تقارب السلسلة التكميلية". ^{[ 7 ]} لكنه أدرك في العدد التالي من المجلة أن ريدبيرغ كان قد نشر الفكرة قبل بضعة أشهر. ^{[ 8 ]}

قانون ريدبيرج شوستر: باستخدام الأرقام الموجية، يكون الفرق بين حدود السلسلة المنتشرة والحادة وحدود السلسلة الرئيسية هو نفسه الانتقال الأول في السلسلة الرئيسية.

هذا الفرق هو أدنى مستوى P. ^{[ 9 ]}

قانون رونج: باستخدام الأرقام الموجية، يكون الفرق بين حد السلسلة المنتشرة وحد السلسلة الأساسية هو نفسه الانتقال الأول في السلسلة المنتشرة.

يمثل هذا الفرق أدنى مستوى طاقة للمستوى D. ^{[ 9 ]}

الصوديوم

سلسلة الصوديوم المنتشرة لها أرقام موجية معطاة بالصيغة التالية: $\displaystyle \nu _{d}=R\left({\frac {Z_{3p}^{2}}{3^{2}}}-{\frac {Z_{nd}^{2}}{n^{2}}}\right)\quad {\text{حيث}}\;\,n=3,4,5,6,...}$

تتميز سلسلة شارب بأعداد موجية معطاة بالصيغة التالية: $\displaystyle \nu _{s}=R\left(\frac {Z_{3p}^{2}}{3^{2}}}-\frac {Z_{ns}^{2}}{n^{2}}}\right)\quad \text{حيث}}\;\,n=4,5,6,...}$

عندما يؤول n إلى اللانهاية، تنتهي المتسلسلات المنتشرة والحادة بنفس النهاية. ^{[ 11 ]}

سلسلة الصوديوم المنتشرة [ 12 ]
انتقال	الطول الموجي 1 أنغستروم	الطول الموجي 2 أنغستروم	الطول الموجي 3 أنغستروم
3P-3D	8194.82	8183.26	8194.79
3P-4D	5688.21	5682.63	5688.19
3P-5D	4982.81	4978.54	4982.8
3P-6D	4668.56	4664.81	4668.6
3P-7D	4497.66	4494.18	4497.7
3P-8D	4393.34	4390.03	4393.3
3P-9D	4324.62	4321.40	4324.6
3P-10D	4276.79	4273.64	4276.8
3P-11D	4242.08	4238.99	4242.0
3P-12D	4215
3P-13D	4195

يُرمز إلى سلسلة الخطوط الثلاثية المنتشرة بالحرف d والصيغة 1p-md . أما سلسلة الخطوط المفردة المنتشرة فترمز إليها بالحرف S والصيغة 1P-mS . ^{[ 3 ]}

في جامعة كامبريدج، شرع جورج ليفينغ وجيمس ديوار في قياس أطياف عناصر المجموعات الأولى والثانية والثالثة بشكل منهجي في الضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية ذات الموجات الطويلة التي تخترق الهواء. ولاحظا أن خطوط الصوديوم تتناوب بين الحادة والمنتشرة. وكانا أول من استخدم مصطلح "المنتشرة" لوصف هذه الخطوط. ^{[ 18 ]} وصنفا خطوط أطياف الفلزات القلوية إلى فئتين: الحادة والمنتشرة. وفي عام 1890، أُطلق على الخطوط التي ظهرت أيضًا في طيف الامتصاص اسم السلسلة الرئيسية . وواصل ريدبيرغ استخدام مصطلحي "الحادة" و"المنتشرة" لوصف الخطوط الأخرى، ^{[ 19 ]} بينما فضل كايزر ورونج استخدام مصطلح "السلسلة الفرعية الأولى" للسلسلة المنتشرة. ^{[ 20 ]}

اكتشف أرنو بيرغمان سلسلة رابعة في الأشعة تحت الحمراء عام 1907، وأصبحت تُعرف باسم سلسلة بيرغمان أو السلسلة الأساسية. ^{[ 20 ]}

وجد هاينريش كايزر وكارل رونج ويوهانس ريدبيرج علاقات رياضية بين الأرقام الموجية لخطوط انبعاث المعادن القلوية. ^{[ 21 ]}

قدم فريدريك هوند الترميز s و p و d و f للأغلفة الفرعية في الذرات. ^{[ 21 ] [ 22 ]} وقد اتبع آخرون هذا الاستخدام في ثلاثينيات القرن العشرين، وظلت هذه المصطلحات مستخدمة حتى يومنا هذا.