الدرس الثاني: النموذج الميكانيكي الموجي للذرة

                                                                        

عدد الكم الفرعي

ويبين هذا العدد مستويات الطاقة الفرعية الموجودة داخل مستويات الطاقة الرئيسية،  يأخذ عدد الكم الفرعي القيم

 

ويحتوي كل مستوى طاقه رئيس على عدد من مستويات الطاقه الفرعيه يساوي قيمه n للمستوى الرئيس

ويرتبط بعدد الكم الفرعي خاصية تحديد الشكل العام للأفلاك فيه.

فالمستوى الفرعي ( s ) كروي الشكل

اما افلاك المستويين الفرعيين (f & d ) فهي اكثر تعقيدا

الدرس الثاني: النموذج الميكانيكي الموجي للذرة

عدد الكم الرئيس

ويشير الى رقم الغلاف الرئيس حول النواه (  مستوى الطاقة الرئيس )  يأخذ عدد الكم الرئيسي القيم الصحيحة الموجبة:

 

حيث يدل كل رقم على غلاف  رئيس معين،  وكل ما قلت قيمه n  اقتراب الغلاف الرئيس من النواة وقلت طاقته، عدد الكم الرئيسي يرتبط قيم طاقة الغلاف ومعدل بعده يعني النواة.

سؤال:

1-  ايهما اكبر حجما: المستوى الرئيس الثالث او الرابع ؟

2-  اي المستويين الرئيسيين له طاقه اعلى:  الاول ام الثاني؟

الاجابة :-

1-  المستوى الرئيس الرابع اكبر حجما،  لأنه ابعد عن النواه.

2-  المستوى الرئيسي الثاني له طاقه اعلى،  لان طاقه المستوى تزداد بالابتعاد عن النواه 

الدرس الثاني: النموذج الميكانيكي الموجي للذرة

النظرية الميكانيكية الموجية

 

تمكن بور من تفسير الطيف الخطي لذرة الهيدروجين و لكنه لم يتمكن من تفسير ابيات العناصر الاخرى وتوصل العلم الفرنسي دبرولي الى وجود خصائص مزدوجة الالكترون مادية و موجيه

 افكار العالم شرودنغر

اهتدى العالم النمساوي شرودنغر الى النموذج الميكانيكي الموجي للذرة وفي اخترعها شرودنغر الحركة الموجية للإلكترون حول النواة في منطقة يوجد فيها اكبر احتمال الى وجود الالكترون تشبه السحابة أطلق عليها اسم الفلك 

    وقد توصل شرودنغر الى معادلة رياضية سميت المعادلة الموجية ونتج عن حلها ثلاثة أعداد تسمى أعداد الكم تصف موقع الالكترون في مستوى الطاقة الرئيس وفي المستوى الفرعي وفي الفلك .

وقد توصل شرودنغر الى معادلة رياضية سميت المعادلة الموجية ونتج عن حلها ثلاثة أعداد تسمى أعداد الكم تصف موقع الالكترون في مستوى الطاقة الرئيس وفي المستوى الفرعي وفي الفلك

اما اعداد الكم الثلاثة التي نتجت عن حل معادلة شرودنغر فهي:

 1- عدد الكم الرئيسي n ، ويصف موقع الكتروني في دلالة مستوى الطاقة الرئيسي .

 

 2 - عدد الكم الفرعي l ، ويصف موقع الالكتروني دلالة مستوى الطاقة الفرعية

 

3 - عدد الكم المغناطيسي m ، ويصف الموقع الالكتروني بدلالة الفلك

عزيزي الطالب شاهد الفيديو التالي :-

العلاقات الرياضية المشتقة من علاقة بور

العلاقات الرياضية المشتقة من علاقة بور

4- نظرية بور

نظرية بور

 نموذج رذرفورد

وضع رذرفورد نموذجاً للذرة افترض فيه أن الذرة تتكون من نواة موجبة الشحنة ،تتركز فيها معظم كتلة الذرة ،وتدور حولها الالكترونات في مسارات دائرية ؛ ما يجعل الذرة متعادلة كهربائياً.

 

أسهمت قوانين الفيزياء في دحض هذا النموذج ؛ فقد أفادت بوجوب فقد الإلكترون الطاقة باستمرار في أثناء دورانه حول النواة ،ما يعني ما يعني انه يدور في مسار يقل نصف قطره تدريجياً الى أن يسقط في النواة ،وتتهدم الذرة ،وهذا ما لا يحدث فعلياً . 

 نظرية بور

توصل بور الى نظرية تفسر حركة الالكترونات حول النواة في ذرة الهدروجين من دون سقوطها في المركز .وتضمنت نظريته افتراضات ، هما :

 

1- تحتوي الذرة على مستويات طاقة رئيسه يرمز لها برمز (n) ،وتستخدم فيها الأعداد(1,2,3,4,….) وتكون طاقة الالكترون مساوية الطاقة المستوى الموجود فيه.

 

وتحسب طاقة المستوى الموجود فيه الالكترون من العلاقة :

2- تتغير اطاقة الالكترون في الذرة على النحو الاتي :

أ- يكتسب الالكترون طاقة محددة تسمح له بالانتقال من المستوى الموجود فيه الى مستوى طاقة أعلى.

 

ب ــ يشع الالكترون طاقة محددة (كم ) تسمى فوتونات عند انتقاله من مستوى طاقة أعلى الى مستوى طاقة أقل ؛ فينشأ طيف الانبعاث الخطي .

 

 

كيف تمكن بور من تفسير الطيف الخطي الذرة الهدروجين ؟

 

يكون الالكترون في حالة الاستقرار في مستوى طاقة الأدنى (n=1) وتصبح الذرة مثارة عندما يكسب الالكترون طاقة محددة تمكنه من الانتقال الى مستوى طاقة أعلى ، وعند عودة الالكترون من جديد الى حالة الاستقرار يفقد مقادير محددة من الطاقة (فوتونات ) على شكل اشعاعات ضوئية ، لها أطوال موجية تظهر على شكل خطوط في طيف العنصر .

 

وتظهر بعض هذه الخطوط في منطقة الطيف المرئي والبعض الآخر في منطقة الطيف غير المرئي، والخطوط التي تظهر في المنطقة المرئية هي الناتجة عن عودة إلكترون من مستوى علوي إلى المستوى الثاني.

 

كما في الشكل التالي :

 

الطيف الذري

 الطيف الذري

الطيف الذري :- مجموعة الأمواج الضوئية التي تصدر عن ذرات العناصر ،ويقع بعضهافي منطقة الضوء المرئي ،وبعضها الاخر في منطقة الضوء غير المرئي .

الذرات المثارة

تكتسب ذرات العناصر كالهدروجين والصوديوم طاقة عند تسخينها فتصبح بذلك غير مستقرة (ذرة مثارة ). ولتعود الى حالة الاستقرار من جديد عليها ان تفقد طاقة،وتفقد تلك الطاقة على شكل امواج ضوئية .

 

الذرة المثارة :- ذرة العنصر التي امتصت كمية الطاقة ، ما أدى الى انتقال أحد الكتروناتها أو أكثر ،من المستوى الموجود فيه الى مستوى أعلى من الطاقة

 وبتحليل الامواج الضوئية الناتجة عن الذرات المثارة بواسطة منشور زجاجي ،يظهر على شكل مجموعة من الخطوط الملونة المتباعدة ،ويعرف هذا الطيف الناتج بالطيف المنفصل او الطيف الخطي او طيف الانبعاث الخطي ويعتبر الطيف الخطي كبصمة الاصبع ،فلا يوجد ذرتان الهما الطيف الخطي نفسة : لذا يمكن استخدامه التعرف على العنصر ،مثل الصوديوم  له طيف أصفر الون ،والبوتاسيوم لون بنفسجي ، والباريوم لون أخضر مصفر .

طيف الامتصاص وطيف الانبعاث الخطي

ينتج طيف الانبعاث الخطي عند تحليل ضوء ذرات مثارة بواسطة منشور ،وتظهر فيه الخطوط الناتجة ملونة ومتباعدة ،بينما ينتج طيف الامتصاص الخطي عند امرار طيف مستمر خلال بخار احد العناصر فتتكون خطوط ملونة متباعدة ،في المكان نفسة الذي تظهر فيه الخطوط الملونة في طيف الانبعاث الخطي .

2-الطبيعة المزدوجة للضوء

                               الطبيعة المزدوجة للضوء

 

أجرى العالمان ماكس بلانك وألبرت أينشتاين تجارب عديدة لدراسة طبيعة الضوء ،وأثبتا أن الضوء طبيعة مزدوجة (موجية ــ مادية ) ،كما توصلا الى نتيجة مفادها أن الضوء ينبعثبترددات محددة تسمى الكم ،وتعرف باسم الفوتونات وأن كل فوتون يحمل مقداراً محدداًمن الطاقة يتناسب طردياً مع تردده ويعبر عن ذلك بعلاقة بلانك الاتية :

الفوتونات :- هي جسيمات مادية متناهية في الصغر تمثل الوحدات الأساسية المكونة للضوء ،ويحمل كل منها مقداراً محدداً من الطاقة .

 

الكم :- مقدار محدد من الطاقة ينبعث من الذرات المثارة ؛ نتيجة انتقال الالكترون فيها من مستوى طاقة أعلى الى مستوى طاقة أقل ،على نحو يوافق فرق الطاقة بين المستويين .

تطبيقات رياضية :-