الي كل طلاب الثانوية العامه كل مراجعات الابواب اولاباول

[عاطف خليفة]

بنية الذرة

* رذرفورد
أول من وضع تصور لبنية الذرة

*

فروض نظرية رذرفورد

- الذرة
متناهية في الصغر
تشبه في تركيبها تركيب المجموعة الشمسية
مكونة من نواة يدور حولها الإلكترونات
- النواة
أصغر من الذرة
تحتوي على برتونات موجبة الشحنة
ونيوترونات متعادلة
- الإلكترونات
كتلتها مهملة لصغرها المتناهي
شحنات سالبة وهي مساوية لشحنة البرتونات الموجبة
تدور بسرعة كبيرة جداً في مدارات خاصة حول النواة
ملاحظات
·

الذرة معظمها فراغ

·

الذرة متعادلة كهربياً لأن :

عدد البرتونات الموجبة = عدد الإلكترونات السالبة
·

كتلة الذرة مركزة في نواتها لأن كتلة الإلكترونات متناهية في الصغر .

·

قوي جذب النواة للإلكترونات مساوية لقوي الطرد المركزية في القيمة ومضادة لها في الاتجاة.

الاعتراض على نموذج رذرفورد
يتعارض نموذج رذرفورد مع نظرية ماكسويل

* نظرية ماكسويل
تعتمد على ميكانيكا نيوتن وتطبق على الأجسام الكبيرة نسبياً
إذا تحرك جسم مشحون في مدار دائري فإنه يفقد جزءاً من شحنته تدريجياً بالإشعاع وينتج عنه نقص قطر دورانه تدريجياً
نموذج رذرفورد : بتطبيق نظرية ماكسويل على النموذج فإن الإلكترونات تدور في مدار حلزوني للداخل إلي إن تسقط في النواة

ذرة بور

*

فروض نظرية بور

·

توجد في مركز الذرة نواة موجبة الشحنة

·

عدد الإلكترونات السالبة يساوي عدد الشحنات الموجبة التي تحملها النواة

·

أثناء دوران الإلكترون حول النواة تنشأ قوة طاردة مركزية تتعادل مع قوة جذب النواة للإلكترون.

ثم أضاف إلى فرض"رذرفورد" الفروض التالية
·

تتحرك الإلكترونات حركة سريعة حول النواة دون أن تفقد أو تكتسب أي قدر من الطاقة

·

تدور الإلكترونات حول النواة في عدد من مستويات الطاقة المحددة والثابتة وتعتبر الفراغات الموجودة بين هذه المستويات منطقة محرمة تماما لدوران الإلكترونات

·

للإلكترون أثناء حركته حول النواة طاقة معينة تتوقف على بعد مستوى طاقته عن النواة.وتتزايد طاقة المستوى كلما زاد نصف قطره

تبني بور بعض فروض رذرفورد
أضاف بور الآتي :
·

تدور الإلكترونات حول النواة دون أن تفقد أو تكتسب أي قدر من الطاقة

·

تدور الإلكترونات في مستويات خاصة والمناطق بينهما محرمة عليها

·

تزداد طاقة المستوي كلما زاد بعده عن النواة

·

يعبر عن طاقة المستوي بعدد صحيح يسمي عدد الكم الرئيسي

·

أقصي عدد لمستويات الطاقة للذرة في الحالة المستقرة يساوي 7 مستويات

·

إذا اكتسب الإلكترون قدر من الطاقة (يسمي كوانتم أو كم ) بالتسخين أو التفريغ الكهربي تصبح الذرة مثارة وينتقل الإلكترون مؤقتاً إلي مستوي طاقة أعلي

·

بعد فترة يعود الإلكترون المثار إلي وضعه الأصلي ويفقد الطاقة التي اكتسبها على صورة طيف خطي مميز (له طول موجي وتردد محدد )

·

بعض الذرات تكتسب طاقة وبعضها في الوقت نفسه تشع طاقة مما ينتج عنه خطوط طيفية مميزة ومعبرة عن مستويات الطاقة

ملاحظات
الكم (الكوانتم)
هو مقدار الطاقة المكتسبة أو المنطلقة عندما ينتقل الإلكترون من مستوي طاقة إلي مستوي طاقة أخر
·

مقادير الطاقات اللازمة لنقل الإلكترون بين مستويات الطاقة المختلفة ليست متساوية

·

لا ينتقل الإلكترون إلي مستوي طاقة أعلي إلا إذا كانت كمية الطاقة مساوية كوانتم (إذ لا توجد أجزاء أو مضاعفات للكوانتم )

*

نجح نموذج بور في الآتي

·

تفسير طيف ذرة الهيدروجين

·

إدخال فكرة الكوانتم لتحديد طاقة الإلكترون

·

التوفيق بين نموذج رذرفورد وماكسويل : حيث تري النظرية أن الإلكترون يدور حول النواة دون ان يفقد طاقة (في حالة الاستقرار )

*

قصور النموذج الذري لـ "بور "

·

فشل النموذج في تفسير طيف أي عنصر آخر (عدا الهيدروجين)

·

اعتبر النموذج أن الإلكترون جسيم مادي فقط بينما الإلكترون جسيم مادي له خصائص موجية

·

افترض أنه يمكن تعيين مكان وسرعة الإلكترون في الوقت نفسه ولكن هذا يستحيل عملياً

اعتبر النموذج أن الذرة مسطحة بينما الذرة مجسمة ولها الاتجاهات الفراغية الثلاثة

أسس النظرية الذرية الحديثة

*

الطبيعة المزدوجة للإلكترون (دي براولي )

·

الإلكترون جسيم مادي له حركة موجية

·

الحركة الموجية للإلكترون تسمي الموجات المادية وهي تختلف عن الموجات الكهرومغناطيسية في أن سرعتها أقل من سرعة الضوء ،وأنها لا تنفصل عن الجسم المتحرك

*

مبدأ عدم التأكد (هايزنبرج)

·

يستحيل عملياً إيجاد سرعة ومكان الإلكترون في نفس الوقت وبدقة

·

لكن احتمال وجود الإلكترون في مكان ما وبسرعة ما أقرب للصواب

*

المعادلة الموجية (شرودنجر)

يمكن من خلال حل المعادلة الموجية أيجاد مستويات الطاقة وتحديد أماكن وجود الإلكترون (الأوربيتالات)

*

السحابة الإلكترونية (الأوربيتال )

هي منطقة في الفراغ حول النواة يكون وجود الإلكترون فيها أكثر احتمالا

أعداد الكم

* تعريف أعداد الكم
هي إعداد تحدد أحجام الأوربيتالات وتحدد طاقة هذه الأوربيتالات وأشكالها واتجاهاتها .
عدد الكم الرئيسي (

n)

وهو يستخدم لتحديد :
·

رتبة مستوي طاقة رئيسي .

·

عدد الإلكترونات التي تشبع مستوي طاقة ما تبعا للعلاقة n2 2 حيث n تساوي رقم مستوى الطاقة

·

أعداد الكم الرئيسية أعداد صحيحة تبدأ من 1 وتنتهي بـ 7 .

. (n) لا تأخذ قيمة الصفر أو قيم غير صحيحة .

عدد الكم الثانوي (

l)

·

وهو يستخدم في تحديد مستويات الطاقة الفرعية في كل مستوي طاقة رئيسي ويحدد عددها

·

كل مستوي طاقة رئيسي يحتوي على عدد من المستويات الفرعية يساوي n

·

رموز المستويات الفرعية هي f .d .p . s

·

اكتشف العالم " سمر فيلد " المستويات الفرعية عندما وجد أن خط الطيف الواحد مكون من عدة خطوط فرعية

تتدرج طاقة المستويات الفرعية كالآتي :
s < p < d < f
عدد الكم المغناطيسي (

m)

·

وهو يحدد عدد الأوربيتالات لكل مستوي طاقة فرعي - كما يحدد أشكال هذه الأوربيتالات واتجاهاتها

·

المستوي الفرعي s له أوربيتال واحد شكله كروي منتظم

·

المستوي الفرعي p له ثلاث أوربيتالات تأخذ شكل كمثريتين متقابلتين بالرأس وتتخذ محاورها الاتجاهات الفراغية الثلاثة

·

المستوي الفرعي d له خمس أوربيتالات معقدة الشكل

·

المستوي f له سبع أوربيتالات

عدد الكم المغزلي (

mS)

وهو يحدد اتجاه حركة الإلكترون المغزلية في اتجاه عقارب الساعةأو عكس عقارب الساعة وذلك لتقليل التنافر بين الإلكترونين المزدوجين
العلاقة بين رقم مستويات الطاقة الرئيسية والمستويات الفرعية والأوربيتالات
أي مستوي طاقة رئيسي (

n )

·

يحتوي على عدد من المستويات الفرعية يساوي رقمه (n)

·

يحتوي على عدد من الأوربيتالات الفرعية يساوي مربع رقمه n2

·

يحتوي على عدد من الإلكترونات يساوي ضعف مربع رقمه n2 2

لأن كل أوربيتال يحتوي على 2 إلكترون

قواعد توزيع الإلكترونات

* مبدأ البناء التصاعدي
" لابد للإلكترونات أن تملأ المستويات الفرعية ذات الطاقة المنخفضة أولاً،ثم المستويات الفرعية ذات الطاقة الأعلى " .
ويكون ترتيب المستويات الفرعية تصاعدياً حسب طاقتها كالآتي :
1s < 2s < 2p < 3s < 3p <4s<3d<4p <5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f<6d<p
مثال توزيع البوتاسيوم
k = 1s2, 2s2 ,2p6 ,3s2 , 3p6 ,4s1
Au = 1s2,2s2, 2p6,3s2, 3p6 ,4s2 ,3d10,4p6,5s2,4d10,5p6,6s1,4f14,5d10

قاعدة هوند

* نص قاعدة هوند
" لا يحدث ازدواج بين إلكترونين في مستوي فرعي معين إلا بعد أن تشغل أوربيتالاته فرادي أولاً " - لتقليل التنافر بينهما
مثال

:

توزيع النيتروجين

ملاحظات :
الحركة المغزلية الإلكترونات المفردة تكون في اتجاه واحد لكي يعطي الذرة أكبر قدر من الاستقرار (تقليل التنافر )
عند ازدواج إلكترونين تكون حركتها المغزليه في اتجاهين متضادين لتقليل التنافر بينهما حيث ينشأ عنهما مجالين مغناطيسيين متضادين
يفضل الإلكترون أن يزدوج مع آخر في مستوي فرعي على أن ينتقل لمستوي طاقة أعلي