بنية الذرة ATOMIC STRUCTURE

بنية الذرة ATOMIC STRUCTURE
النماذج الذرية
1. نموذج دالتون
2. نموذج طومسون
3. نموذج راذر فورد
4. نموذج بور
5. النظرية الذرية الحديثة
________________________________________
نموذج دالتون
1. تتألف المادة من دقائق صغيرة جدا لا تتجزأ تسمى الذرات
2. تتشابه ذرات العنصر الواحد وتتساوى في الكتلة بينما تختلف ذرات العناصر المختلفة
3. تتفاعل ذرات العناصر مع بعضها بنسب ثابتة لتشكيل المركبات
________________________________________
نموذج طومسون
1. الذرة كرة مصمتة موجبة الشحنة
2. تتخلل الالكترونات السالبة الذرة ( كما تتخلل البذور ثمرة البرتقال )
3. الذرة متعادلة كهربيا
________________________________________
نموذج راذرفورد
1. الذرة تشبه المجموعة الشمسية ( نواة مركزية يدور حولها على مسافات شاسعة الالكترونات سالبة الشحنة )
2. الذرة معظمها فراغ ( لأن الذرة ليست مصمتة وحجم النواة صغير جدا بالنسبة لحجم الذرة )
3. تتركز كتلة الذرة في النواة ( لأن كتلة الالكترونات صغيرة جدا مقارنة بكتلة مكونات النواة من البروتونات والنيوترونات )
4. يوجد بالذرة نوعان من الشحنة ( شحنة موجبة بالنواة وشحنات سالبة على الالكترونات
5. الذرة متعادلة كهربيا لأن عدد الشحنات الموجبة ( البروتونات ) يساوي عدد الشحنات السالبة ( الالكترونات )
6. تدور الالكترونات حول النواة في مدارات خاصة
7. يرجع ثبات الذرة الى وقوع الالكترونات تحت تأثير قوتين متضادتين في الاتجاه متساويتين في المقدار هما قوة جذب النواة للالكترونات وقوة الطرد المركزي الناشئة عن دوران الالكترونات حول النواة
________________________________________
عيوب نموذج راذرفورد
• الذرة ليست متزنة ميكانيكيا ( بما الالكترون يدور حول النواة في مسار دائري فانه حسب نظرية ماكسويل يشع أمواجا كهرومغناطيسية ويفقد جزءا من طاقته وبالتالي يدور في مسار حلزوني حتى يلتصق بالنواة وهذا لايحدث
• لم يستطع تفسير الطيف الخطي
معلومات أضافية
عيوب نموذج رذرفورد
اولا : الذرة ليست متزنة ميكانيكيا حيث أن النواة الموجبة تقوم بجذب الالكترونات السالبة وتلتحم وتتعادل بفرض أن الالكترونات سالبة
اذا كانت الالكترونات تدور حول النواة في مسار دائري تنشأ قوة مركزية تساوي ك ع2 / نق وبالتالي يتحرك الالكترون بتسارع مركزي ويكون مع النواة ثنائي متذبذب فيشع أمواجا كهرومغناطيسية ويدور في مسار حلزوني الى أن يسقط في النواة
ثانيا : بما أن الالكترون يدور حول النواة ويكون معها زوجا متذبذبا اذا الذرة تشع طيف مستمر متغير في التردد والطول الموجي وتتناقص طاقته تدريجيا وهذا يناقض مع التجارب العملية التي أثبتت أن الذرات تشع طيف خطي له طول موجي محدد بدقة
نموذج بور لتركيب الذرة
الأسس التي بنى عليها بور نموذجه
دراسة الطيف الخطي لذرة الهيدروجين ( سلسلة ليمان - سلسلة بالمر - سلسلة باشن ) ثم
نموذج رذرفورد لتركيب الذرة
النظرية الكمية لبلانك
فروض بور لتركيب الذرة
استخدم بور بعض فروض رذرفورد عن تركيب الذرة وهي
الذرة فراغ هائل تتوسطه نواة مركزية تدور حولها وبعيدا عنها بمسافات كبيرة الكترونات سالبة الشحنة
تتركز كتلة الذرة في النواة التي تحتوي على الشحنات الموجبة
الذرة متعادلة كهربيا لأن عدد الشحنات الموجبة في النواة يساوي عدد الشحنات السالبة التي تدور حولها
أثناء دوران الالكترون حول النواة تنشأقوة طرد مركزية تعادل قوة جذب النواة للالكترون
أضاف بور الفروض التالية
يدور الالكترون حول النواة في عدد محدد من مستويات الطاقة الثابتة والمحددة دون أن يفقد أو يكتسب طاقة في الحالة العادية للذرة
لكل الكترون أثناء دورانه حول النواة طاقة معينة تتوقف على بعد مستوى الطاقة الذي يدور فيه عن النواة حيث تتزايد طاقة المستوى بزيادة نصف قطره
أكبر عدد لمستويات الطاقة في الحالة العادية للذرة سبعة مستويات يعبر عن طاقة كل مستوى بعدد صحيح يسمى عدد الكم الرئيسي

في الحالة المستقرة للذرة يدور الالكترون في مستوى الطاقة المناسب لطاقته وعند اثارة الذرة اكساب الذرة طاقة سواء بالتسخين أو بالتفريغ الكهربي يقفز الالكترون مؤقتا الى مستوى الطاقة الأعلى- يتوقف على مقدار الكم المكتسب من الطاقة
بعد وقت قصيرجدا حوالي 10-8 ثانية يفقد الالكترون نفس الكم الذي اكتسبه من الطاقة وتتحول الذرة تلقائيا من حالة الاثارة الى الحالة الارضية المستقرة
ينبعث هذا الكم من الطاقة في صورة اشعاع من الضوء بطول موجي وتردد محدد مما ينتج طيفا خطيا مميزا ( سلسلة ليمان وسلسلة بالمر وسلسلة باشن ) ــــــــ
________________________________________
كانت نتائج حساب الأطوال الموجية التي حسبها بور بناء على هذه لفروض في حالة ذرة الهيدروجين مطابقة تماما للأطوال الموجية المقاسة عمليا لطيف الهيدروجين

الكوانتم: كمية من الطاقة المكتسبة أو المنطلقة عندما ينتقل الالكترون من مستوى طاقة أقل الى مستوى طاقة أعلى أو العكس
هام جدا
أولا : من حسابات بور لأنصاف أقطار مستويات الطاقة وطاقة كل مستوى اتضح أن فرق الطاقة بين المستويات في الذرة ليس متساويا حيث يقل كلما بعد المستوى عن النواة وبالتالي كم الطاقة الذي يلزم لنقل الكترون بين مستويات الطاقة المختلفة ليس متساويا
ثانيا : لا ينتقل الالكترون من مستوى الى اخر الا اذا كانت كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة مساوية لفرق الطاقة بين المستويين
لا ينتقل الالكترون من مستواه اذا كانت كمية الطاقة المكتسبة أقل من كم كامل من الطاقة بمعنى أن الكم لا يتجزأ وذلك بسبب أن الكم كمية محددة من الطاقة وللتوضيح يمكن تمثيل مستويات الطاقة بطوابق في عمارة وتشبيه الالكترون بالمصعد الذي لا يتوقف بين الطوابق ولكن فقط عند طابق معين
ولزيادة التوضيح يمكن تمثيل مستويات الطاقة بدرجات سلم وتشبيه الكترون بكرة حيث نلاحظ أن الكرة لا تستقر بين درجات السلم وكذلك الالكترون لا يستقر في أي مسافة بين مستويات الطاقة

نقد نموذج بور
*أوجه القصور*
لم يستطع نموذج بور تفسير أطياف الذرات الاكثر تعقيدا من ذرة الهيدروجين التي تحتوي على الكترونات واحد
افترض أن الالكترون يدور في مدارات محددة وفي مستوى واحد حول النواة مما يعني أن ذرة الهيدروجين مسطحة مما ينافى مع ما ثبت بعد ذلك من أن الذرة مجسمة
افترض ان الالكترون جسيم مادي ولم يعتبر الطبيعة الموجية للالكترونات
افترض أنه يمكن تعيين كلا من مكان وسرعة الالكترون في نفس الوقت بدقة وهذا عمليا مستحيل لأن جهاز القياس المستخدم سوف يغير المكان او السرعة
لم يعتبر بور احتمال تجاوز الالكترون للمدارات الثابتة التي حددها واحتمال وجوده في منطقة حول هذا المدار الثابت
*أوجه النجاح *
أولا : تفسير الأطياف الذرية لذرة الهيدروجين والذرات والايونات المشابهة مثل طيف ذرة الديوتيريوم وأيون الهيليوم وحساب طاقة التأين لهذه الذرات
ثانيا : استخدم بور فكرة الكم في تحديد طاقة الالكترونات في مستويات الطاقة المختلفة
ثالثا : التوفيق بين نموذج راذرفورد ونظرية ماكسويل حيث أكد نموذج بور أن الالكترونات أثناء دورانها حول النواة في الحالة المستقرة لا تشع طاقة وبالتالي لا تسقط في النواة