ماذا تسمى المنطقة ذات الاحتمالية العالية لوجود الإلكترون
تسمى المنطقة ذات الاحتمالية العالية لوجود الإلكترون ب
الأوربيتال
هي المنطقة ذات الاحتمالية العالية لوجود الإلكترون .
وهو موجودة داخل منطقة فراغ محيطة بالنواة تسمى بالسحابة الإلكترونية وهي المنطقة التي يحتمل تواجد الإلكترونات بها في كل الاتجاهات والأبعاد حول النواة، وقد اكتشف العالم النمساوي شرودنجر عام 1926 اكتشاف السحابة الإلكترونية والأوربيتال ووضع المعادلة الموجية.
ما هي السحابة الإلكترونية
السحابة الإلكترونية
هي أي منطقة من الفراغ حول النواة يحتمل تواجد الإلكترونات فيها، ومصطلح السحابة الإلكترونية يصف العديد من المواقع المحتملة لوجود الإلكترون في منطقة معينة وهو عبارة عن سحابة وليس نقطة واحدة فقط وقد سميت بها الاسم لأنها تبدو مثل السحابة حيث تكون تكون أكثر سمكا في الوسط وتتلاشى عند الحواف.
ما هو الأوربيتال
هو منطقة داخل السحابة الإلكترونية يزداد احتمال وجود الإلكترون فيها. [1]
تطور مفهوم بنية الذرة
- تصور طومسون لبنية الذرة
- نموذج رازرفورد
- طيف الانبعاث الخطي
- طيف الامتصاص
- خطوط فرنهوفر
- نموذج بور للذرة
- النظرية الميكانيكية الموجية للذرة
تصور طومسون لبنية الذرة :
اتفق العلماء في نهاية القرن التاسع عشر على وجود الذرة، وكان من بين هؤلاء العلماء العالم تومسون اكتشف وجود الإلكترون في الذرة لكنه، تصور أن الإلكترونات تتوزع في المادة الموجبة الثقيلة داخل الذرة، وخلال أبحاث طومسون ستطاع اكتشاف أشعة المهبط.
نموذج ذرة طومسون يصف الذرة بكرة مصمتة متجانسة من الشحنات الكهربية الموجبة مطمور بداخلها عدد من الإلكترونات السالبة يكفي لجعل الذرة متعادلة كهربيًا.
نموج رازرفورد :
أيضًا وضع العالم رازرفورد تصور لشكل الذرة وكان تصوره أكثر صحة من العالم تومسون، حيث قام بتسليط جسيمات ألفا على شريحة من الذهب ولاحظ عدة مشاهدات استطاع من خلالها وضع تصور لبنية الذرة، فقد لاحظ أن معظم جسيمات ألفا قد نفذ دون أن ينحرف وبعض جسيمات ألف موجبة الشحنة قد ارتد والبعض انحرف قليلًا ومن ذلك استنتج:
أن معظم حجم الذرة عبارة عن فراغ
وأن جميع الشحنة في الذرة متركز في حيز صغير وثقيل عرف باسم النواة
وأن معظم الشحنة داخل الذرة متمركزة في النواة،
وهذا أعطى لنا تصور أوضح لشكل الذرة، لكنه فشل في توضيح النظام الذي تدور فيه الإلكترونات حول النواة.
طيف الانبعاث الخطي :
اكتشف العلماء أن ذرات العنصر النقي عند تسخينها في الحالة الغازية لدرجات عبارة مرتقعة أو تعريضها لضغط منخفض في أنبوب التفريغ الكهربي ينبعث منها إشعاع يسمى
طيف الانبعاث الخطي
.
وهو عبارة عن حزمة متصلة من ألوان الطيف من اللون الأحمر إلى البنفسجي، وهو ينبعث من ذرات العنصر، وقد وجد أن طيف الانبعاث هو خاصية أساسية مميزة لأي عنصر، ولذلك لا يوجد عنصران لهما نفس الطيف الخطي، لذلك تم استخدم التحليل الطيفي للمواد لما يلي:
تحليل خليط من الغازات
تحديد نوع عينة غاز مجهولة.
طيف الامتصاص :
عبارة عن مجموع الأطوال الموجية التي يتم امتصاسها بواسطة الغاز.
وقد لوحظ أن الخطوط المضيئة لطيف الانبعاث والخطوط المعتمة لطيف الامتصاص، لأي غاز تحدث غالبًا عند الأطوال الموجية نفسها.
خطوط فرنهوفر :
اكتشف العالم فرنهوفر وجود خطوط معتمة تتخلل طيف ضوء الشمس، وقد قاد هذا الاكشاف العلماء لاكتشاف وجود غازات في الغلاف الجوي قامت بامتصاص تلك الأطياف، ومن خلال تحليل خطوط فرنهوفر استطاع العلماء اكتشاف أنواع الغازات الموجودة في الغلاف الجوي
نموذج بور للذرة :
استفاد العالم بور من دراسة الطيف الخطي لحل لغز تركيب الذرة، فقد اهتم العالم بور بدراسة ذرة الهيدروجين، وقد الهيدروجين لأن:
- لذرة الهيدروجين أبسط طيف حيث يتكون من 4 خطوط فقط.
- لأنها العنصر الأخف.
وقد شملت فروض نموذج ذرة بور :
- يحتوي مركز الذرة على نواة موجبة الشحنة.
- عدد الشحنات السالبة التي تدور حول النواة مساوي لعدد الشحنات الموجبة الموجودة داخلها.
- ينشأ عن دوران الألكترونات حول النواة قوة طاردة مركزية تساوي قوة جذب النواة للإلكترونات.
- تدور الإلكترونات حول النواة في مدارات محددة ثابتة، ولكل مدار منها طاقة محددة وتسمى هذه المدارات بمستويات الطاقة.
- تعتبرالفراغات الموجودة بين مستويات الطاقة مناطق محرمة على الإلكترونات، بحيث أن الإلكترونات عند انتقاله ينتقل من مستوى طاقة إلى مستوى طاقة أخر ولا ينتقل للفراغ الموجود حول النواة.
- عبر بور عن طاقة كل مستوى طاقة بعدد صحيح أطلق عليه اسم عدد الكم الرئيسي، وتتوقف طاقة كل مستوى على مقدار بعده أو قربه من النواة، فكلما بعد عن النواة زادت طاقته (تزداد طاقة المستوى كلما زاد نصف قطره).
- يتحرك الإلكترون حركة سريعة حول النواة في أقل مستويات الطاقة المتاحة له دون فقد أو اكتساب طاقة، وتوصف الذرة في تلك الحالة بأنها ذرة مستقرة.
- عندما يكتسب الإلكترون قدر معين من الطاقة عن طريق التسخين أو التفريغ الكهربي فإنه ينتقل مؤقتًا إلى مستوى الطاقة الأعلى، وذلك بشرط أن يكون مقدار الطاقة التي اكتسبها مساويًا لفرق الطاقة بين المستويين، وتوصف الرة في تلك الحالة بأنها مثارة.
- سرعان ما يعود الإلكترون غير المستقر (الذي تم إكسابه طاقة) إلى مستواه الأصلي، ويصاحب هذا الانتقال فقدان طاقة التي اكتسبها على هيءئة شعاع ضوئي له طول موجي وتردد مميز ينتج طيفًا خطيًا مرئيًا مميزًا بالإضافة إلى خطوط أخرى غير مرئية.
- مقدار الطاقة المكتسبة (الزكم) عند انتقال إلكترون من وضعه المستقر للحالة المثارة يساوي نفس الكم المنطلق عند عودته للوضع المستقر.
- تمتص الكثير من الذرات كمات من الذرات كميات مختلفة من الطاقة في نفس الوقت الذي تشع فيه الكثير من الذرات المثارة كمات أخرى من الطاقة، لذلك تتكون خطوط طيفية تدل على مستويات الطاقة التي انتقلت منها الإلكترونات.
القصور في نموج بور:
- ينطبق نموذج بور فقط على ذرة الهيدروجين وهو لم يستطيع تفسير أطياف بقية العناصر
- اعتبر الإلكترون مجرد جسيم مادي سالب الشحنة ولم يأخذ في الاعتبار خواصه الموجية.
- افترض إمكانية تحديد موقع وسرعة الإلكترون معًا بدقة وهذا الأمر يستحيل تحقيقه عمليًا.
- اعتبر الالكترون جسيم يتحرك في مسار دائري مستوي، وها معناه أن ذرة الهيدروجين مسطحة، بينما ثبت بعد لك أن لها الاتجاهات الفراغية الثلاثة.
النظرية الميكانيكية الموجية للذرة :
استطاع العالم شرودنجر تأسيس النظرية الميكانيكية الموجية للذرة ووضع المعادلة الموجية التي تطبق على حركة الإلكترون في الذرة والتي يمكن من خلالها:
- تحديد مستويات الطاقة المسموح بها للإلكترونات.
- تحديد المنطقة حول النواة التي يزداد فيها احتمال تواجد الإلكترونات في كل مستوى طاقة.
غيرت معادلة شرودنجر الموجية مفهومنا لحركة الإلكترونات حول النواة، فبعد أن اعتقد العلماء أن الإلكترونات تدور في مدارات محددة والفراغات بين المدارات تعد مناطق للإلكترون، استخدم مفهوم جديد وهو:
- السحابة الإلكترونية
- الأوربيتال [2]