تعريف السحابة الإلكترونية في الذرة
تعريف السحابة الإلكترونية في الذرة
- السحابة الإلكترونية هي منطقة الشحنة السالبة المحيطة بنواة الذرة المرتبطة بالمدار الذري. يتم تعريفه رياضيًا ، حيث يصف منطقة ذات احتمالية عالية لاحتواء الإلكترونات.
- ظهر استخدام عبارة “السحابة الإلكترونية” لأول مرة حوالي عام 1925 ، عندما كان إروين شرودنجر وفيرنر هايزنبرغ يبحثان عن طريقة لوصف عدم اليقين في موضع الإلكترونات في الذرة.
- يختلف نموذج السحابة الإلكترونية عن نموذج بور الأكثر بساطة ، حيث تدور الإلكترونات حول النواة بنفس الطريقة التي تدور بها الكواكب حول الشمس .
- في نموذج السحابة ، هناك مناطق يمكن أن يوجد فيها إلكترون على الأرجح ، ولكن من الممكن نظريًا أن يوجد في أي مكان ، بما في ذلك داخل النواة.
- يستخدم الكيميائيون نموذج السحابة الإلكترونية لرسم خريطة المدارات الذرية للإلكترونات ، هذه الخرائط الاحتمالية ليست كلها كروية . تساعد أشكالهم في التنبؤ بالاتجاهات التي تظهر في الجدول الدوري. [1]
ما هو الاوربيتال
-
تفسير
ما هو الاوربيتال
، عادة ما يتم تحديد المدارات الذرية من خلال مجموعة من الأرقام والحروف التي تمثل خصائص محددة للإلكترونات المرتبطة بالمدارات على سبيل المثال: 1s ، 2p ، 3d ، 4f. تشير الأرقام ، التي تسمى أرقام الكم الرئيسية ، إلى مستويات الطاقة وكذلك المسافة النسبية من النواة . - يحتل إلكترون 1 ثانية مستوى الطاقة الأقرب للنواة . يقضي إلكترون 2 ثانية ، وهو أقل ارتباطًا بقوة ، معظم وقته بعيدًا عن النواة. تشير الأحرف ، s ، p ، d ، f إلى شكل المدار. يكون الشكل هو نتيجة لحجم الزخم الزاوي للإلكترون ، الناتج عن حركته الزاوية.
- المدار s ومركزه في النواة . وبالتالي فإن إلكترون 1s يكون محصورًا بالكامل تقريبًا في منطقة كروية قريبة من النواة يقتصر إلكترون 2s على كرة أكبر إلى حد ما.
-
المدار p له الشكل التقريبي لزوج من الفصوص على جانبي النواة ، أو شكل دمبل إلى حد ما.
الإلكترون
في المدار p لديه احتمال متساوٍ لكونه في النصف أشكال المدارات الأخرى أكثر تعقيدًا. تم استخدام الأحرف s و p و d و f في الأصل لتصنيف الأطياف بشكل وصفي إلى سلسلة تسمى حادة ، أساسية ، منتشرة ، وأساسية ، قبل معرفة العلاقة بين الأطياف وتكوين الإلكترون الذري. [2]
نموذج بور
-
نموذج بور
، وصف بنية الذرات ، وخاصة هيكل الهيدروجين ، اقترحه الفيزيائي الدنماركي نيلز بور (1913). كان نموذج بور للذرة ، وهو خروج جذري عن الأوصاف الكلاسيكية السابقة ، أول نموذج يتضمن نظرية الكم وكان سلفًا لنماذج ميكانيكا الكم بالكامل. -
يصف نموذج بور وجميع تلاه خصائص الإلكترونات الذرية من حيث مجموعة من القيم المسموح بها او الممكنة . تمتص الذرات أو تنبعث منها الإشعاع فقط عندما تقفز
الإلكترونات
فجأة بين الحالات المسموح بها أو الثابتة. تم الحصول على دليل تجريبي مباشر لوجود مثل هذه الحالات المنفصلة (1914) من قبل الفيزيائيين المولودين في ألمانيا جيمس فرانك وجوستاف هيرتز. - قبل عام 1913 مباشرة ، كان يُعتقد أن الذرة تتكون من نواة ثقيلة موجبة الشحنة صغيرة تسمى النواة ، محاطة بإلكترونات ضوئية سالبة كوكبية تدور في مدارات دائرية من أنصاف أقطار عشوائية.
- عدل بور وجهة النظر هذه لحركة إلكترونات الكواكب لجعل النموذج يتماشى مع الأنماط العادية او السلاسل الطيفية للضوء المنبعث من ذرات الهيدروجين الحقيقية.
- من خلال قصر الإلكترونات التي تدور في المدار على سلسلة من المدارات الدائرية التي لها أنصاف أقطار منفصلة ، يمكن أن يفسر بور سلسلة الأطوال الموجية المنفصلة في طيف انبعاث الهيدروجين. اقترح أن الضوء يشع من ذرات الهيدروجين فقط عندما ينتقل الإلكترون من مدار خارجي إلى مدار أقرب إلى النواة. الطاقة التي يفقدها الإلكترون في الانتقال المفاجئ هي بالضبط نفس طاقة كمية الضوء المنبعث.[3]
النموذج الذري
النموذج الكوكبي
تم اقتراح هذه النظرية من قبل الكيميائي الحائز على جائزة نوبل إرنست رذرفورد في عام 1911 وتسمى أحيانًا نموذج رذرفورد . بناءً على التجارب التي أظهرت أن الذرة تحتوي على لب صغير من الشحنة الموجبة ، افترض
رذرفورد
أن الذرة تتكون من نواة صغيرة كثيفة وشحنة موجبة ، تدور حولها الإلكترونات في حلقات دائرية . كان هذا النموذج من أوائل من اقترح فكرة غريبة مفادها أن الذرات تتكون في الغالب من مساحة فارغة تتحرك من خلالها الإلكترونات.
نموذج السحابة الإلكترونية
يعد نموذج سحابة الإلكترون حاليًا النموذج الأكثر تعقيدًا وقبولًا على نطاق واسع للذرة. إنه يحتفظ بمفهوم النواة من نماذج بور ورذرفورد ، لكنه يقدم تعريفًا مختلفًا لحركة الإلكترونات حول النواة. يتم تحديد حركة الإلكترونات حول النواة في هذا النموذج من خلال المناطق التي يوجد فيها احتمال أكبر للعثور على الإلكترون في أي لحظة. ترتبط مناطق الاحتمالية هذه حول النواة بمستويات طاقة معينة وتأخذ مجموعة متنوعة من الأشكال الفردية مع زيادة طاقة الإلكترونات.
نموذجان للمدار الكوكبي
من عام 1910 إلى عام 1911 ، اقترح
إرنست رذرفورد
النموذج الكوكبي أو النووي للذرة . كان يعتقد أن الذرات تتكون في الغالب من مساحة فارغة ، مع نواة كثيفة . تضمنت تجاربه إطلاق جسيمات ألفا على رقائق ذهبية . وخلص إلى أن النواة الموجبة تحتوي على معظم كتلة الذرة . مع نموذجه المداري ، صقل نيلز بور فكرة الذرة كنظام شمسي صغير في عام 1913 . كان نموذج بور يحتوي على إلكترونات تدور حول النواة في طبقات تشبه الغلاف.
نموذج النظام الشمسي
يقول الخبراء في جامعة تينيسي إن نموذج النظام الكوكبي أو الشمسي تم تطويره بواسطة نيلز بور . على الرغم من عدم دقته وتم تطويره في عام 1915 ، فهو النموذج الأكثر شيوعًا الذي يتم تدريسه للأطفال اليوم . يُظهر نموذج بور مجموعة من النيوترونات والبروتونات متجمعة في المركز لتمثيل النواة . حلقات العبور ، المنقطة بالإلكترونات ، تحيط بالنواة.
Plum Pudding Model
في عام 1904 قام الفيزيائي البريطاني افترض
طومسون
نموذج حلوى البرقوق ، أو كعكة الزبيب . كان يعتمد على معرفة الجسيمات دون الذرية سالبة الشحنة المكتشفة مؤخرًا والتي تسمى الإلكترونات. دفعته تجارب طومسون مع أنابيب أشعة الكاثود إلى وضع نظريات حول وجود جزيئات صغيرة داخل الذرات تشكل أجزاءً أساسية من جميع الذرات. تصوّر نموذجه الإلكترونات السالبة ، المعلقة داخل إطار موجب الشحنة [4]
الكثافة الإلكترونية
- كثافة الإلكترون هي تمثيل لاحتمال العثور على إلكترون في مكان محدد حول ذرة أو جزيء. بشكل عام ، من المرجح أن يوجد الإلكترون في المناطق ذات الكثافة الإلكترونية العالية. ومع ذلك ، نظرًا لمبدأ عدم اليقين ، لا يمكن تحديد الموقع الدقيق للإلكترون في أي لحظة في الوقت المناسب. بالنسبة لنظام يحتوي على إلكترون واحد ، فإن كثافة الإلكترون تتناسب مع مربع دالة الموجة.
- يعد علم بلورات حيود الأشعة السينية إحدى التقنيات المستخدمة لقياس كثافة الإلكترون.
- عندما يتم تطبيق هذا المفهوم على الجذور الحرة ، فإنه يسمى كثافة الدوران . هذه هي الكثافة الإجمالية للإلكترون لدوران واحد مطروحًا منه كثافة الإلكترونات مع الدوران الآخر. يستخدم حيود النيوترون لرسم خريطة لكثافة الدوران. [5]