وهو ناتج عن إزاحة كثافة الإلكترون في سحابة الإلكترون وهو خاصية للذرة
تعد هذه الميزة من أهم الاكتشافات الحديثة في الفيزياء، وكما نعلم أن الفيزياء من أهم العلوم التي ندرسها بشكل عام ونتعمق فيها بشكل خاص، لأنها تضم العديد من الموضوعات والدراسات والأبحاث العلمية التي لها تم توثيقه من قبل العديد من العلماء، وفيما يلي سوف نعرض بعض المعلومات حول خاصية إزاحة كثيفة الإلكترون للسحابة الإلكترونية ونتائجها على النحو التالي
- تتشكل قوة الجذب بين العناصر الكيميائية من خلال إزاحة أو نقل كثافة الإلكترون.
- تسمى هذه الخاصية في اللغة الإنجليزية (كثافة الإلكترون)، والتي تعني الكثافة الإلكترونية.
- يعبر هذا المصطلح الفيزيائي عن قياس احتمالية وجود الإلكترون في مكان معين، بينما سحابة الإلكترون هي مساحة من الفضاء سالب الشحنة التي تحمل طاقة معينة.
- يرتبط هذا المفهوم بالمدار الذري، وهو في الواقع وظيفة رياضية تصف حركة الإلكترونات في الذرة.
تعريف الإلكترون
وبالنظر إلى ما سبق ذكره عن الإلكترون ودوره في هذه الخاصية سوف نشرح معنى الإلكترون وما يحتويه من جسيمات أو غير ذلك، فما هو الإلكترون وما يشير إليه، وهذا ما سنفعله. في الفقرة التالية.
- مصطلح الإلكترون في اللغة الإنجليزية يسمى “إلكترون”.
- وهي أحد مكونات الذرة، وتتميز بشحنتها السالبة، وتقع حول النواة.
- يتميز الإلكترون عن غيره من مكونات الذرة سواء كانت بروتونات أو نيوترونات، حيث تتميز بكتلتها الصغيرة.
- يُنسب الفضل في اكتشاف الإلكترون إلى العالم البريطاني طومسون في عام 1897 م، على الرغم من أن العديد من العلماء أشاروا وتوقعوا وجود الإلكترون.
- الإلكترونات هي سر توصيل التيار الكهربائي في المواد الصلبة.
تعريف السحابة الإلكترونية في الذرة
فيما يلي سنقوم بتعريف وشرح السحابة الإلكترونية في الذرة وهي كالتالي
- ظهر استخدام مصطلح سحابة الإلكترون لأول مرة في عام 1925، عندما كان إروين شرودنجر وفيرنر هايزنبرغ يبحثان عن طريقة لوصف عدم اليقين في عدد الإلكترونات في الذرة.
- سحابة الإلكترون هي منطقة ذات شحنة سالبة تحيط بنواة الذرة، والتي ترتبط بالمدار الذري، ويتم تعريفها رياضيًا على أنها تصف منطقة ذات احتمالية عالية لاحتواء الإلكترونات.
- هناك بعض المناطق في نموذج السحابة الإلكترونية حيث يمكن أن يوجد الإلكترون على الأرجح، ولكن يمكن نظريًا العثور عليه في أي مكان، بما في ذلك النواة.
- هناك فرق بين نموذج السحابة الإلكترونية ونموذج بوهر، وهو أبسط بكثير، حيث تدور الإلكترونات حول النواة بنفس الطريقة التي تدور بها الكواكب حول الشمس.
- يستخدم الكيميائيون نموذج السحابة الإلكترونية لرسم خريطة المدارات الذرية للإلكترونات. ليست كل خرائط الاحتمالات هذه كروية، وتساعد أشكالها في التنبؤ بالاتجاهات التي تظهر في الجدول الدوري.
نموذج السحابة الإلكترونية
يعد نموذج سحابة الإلكترون حاليًا أحد أكثر نماذج الذرة تعقيدًا وقبولًا على نطاق واسع.
- يعطي تعريفا مختلفا لحركة الإلكترونات حول النواة، على الرغم من أنه يحتفظ بمفهوم النواة من نماذج بور ورذرفورد.
- يتم تحديد حركة الإلكترونات حول النواة في هذا النموذج من خلال المناطق التي يوجد بها احتمال أكبر لوجود إلكترون في أي لحظة.
- ترتبط مناطق الاحتمالية هذه حول النواة بعدد من مستويات الطاقة المحددة، وتتخذ مجموعة متنوعة من الأشكال الفردية مع زيادة الإلكترونات.
ما هو المداري؟
يمكننا شرح المدار من خلال ما يلي
- يمكن التعرف على المدارات الذرية من خلال مجموعة من الأرقام والحروف التي تتضمن خصائص معينة للإلكترونات المرتبطة بالمدارات، على سبيل المثال 1s، 2p، 3d، 4f.
- تشير الأرقام الواردة في الفقرة السابقة، والتي تسمى الأرقام الرئيسية الكمية، إلى مستويات الطاقة والمسافة النسبية أيضًا.
- يشغل الإلكترون ثانية واحدة في مستوى الطاقة الأقرب للنواة، ويقضي الإلكترون ثانيتين، وهو ما يعتبر أقل ارتباطًا بقوة، حيث أن معظم وقته بعيدًا عن النواة، وتشير الأحرف s و p و d و f شكل المدار، حيث يرجع الشكل إلى حجم الزخم الزاوي للإلكترون الناتج عن حركته.
- يتركز المدار s في النواة، لذا فإن إلكترون 1s محصور بالكامل تقريبًا في منطقة كروية قريبة من النواة، ويقتصر الإلكترون 2s على كرة أكبر إلى حد ما.
- المدار p له الشكل التقريبي لزوج من الفصوص على جانبي النواة، والإلكترون في هذا المدار له احتمالية متساوية لكونه في النصف متآكلًا بواسطة مدارات أخرى أكثر تعقيدًا.
- تم استخدام الأحرف (f و d و p و s) في الأصل لتصنيف الأطياف وصفيًا إلى سلسلة تسمى حادة ومنتشرة وأساسية قبل معرفة الوريد الطيفي وتكوين الإلكترون الذري.
نموذج بور
أدناه سوف نقدم بعض المعلومات حول نموذج بوهر على النحو التالي
- ووصف بنية الذرات، وخاصة بنية الهيدروجين، التي اقترحها الفيزيائي الدنماركي نيلز بور في عام 1913 م، ونموذج بوهر في الذرة هو خروج جذري عن الأوصاف الكلاسيكية السابقة.
- نموذج بوهر هو أول نموذج يتضمن نظرية الكم وكان مقدمة لميكانيكا الكم الكاملة.
- يصف نموذج بوهر خصائص الإلكترونات الذرية من حيث مجموعة من القيم المسموح بها أو الممكنة، حيث تمتص الذرات أو تنبعث منها الإشعاع فقط، عندما تقفز الإلكترونات فجأة بين الحالات المسموح بها أو الثابتة.
- من خلال الفيزيائيين الألمان المولد، جيمس فرانك وجوستاف هيرتز، تم الحصول على دليل تجريبي مباشر لوجود مثل هذه الحالات المنفصلة في عام 1914 م.
- فسر بور السلسلة المنفصلة من الأطوال الموجية في طيف انبعاث الهيدروجين، واقترح أن الضوء يشع بواسطة ذرات الهيدروجين فقط، عندما ينتقل الإلكترون من مدار خارجي إلى مدار قريب من النواة.
حركة الإلكترونات حول النواة
كما ذكرنا في الفقرات السابقة ومن خلال تعريف الإلكترون استنتج أن الإلكترون يدور حول النواة وذلك بسبب جاذبية الجسيمات التي تتكون منها النواة وهذا يختلف من حيث الشحنة، وهذا يسمح بتوزيع الإلكترونات في مدارات حول النواة، وهذا يسمح لهم بالتثبيت على مسافة معينة.
- تتكون الإلكترونات بشحنة سالبة، وتجدر الإشارة هنا إلى أن التوزيع الإلكتروني لكل ذرة يحدد حجم الذرة وخصائصها الكيميائية بحيث يمكن تصنيفها إلى باقي العناصر الكيميائية في الجدول الدوري للعناصر. .
عدد الإلكترونات في المدار
بعد ما سبق شرحنا الخاصية التي تنتج عن التحول في كثافة الإلكترون في رفقاء الإلكترون، حيث يمكن تحديد توزيع الإلكترونات على مستوى كل ذرة على مستوى المدارات المتعددة.
- حيث يرجع ما سبق إلى حجم الفراغ وسحابة الإلكترونات، ويتمدد كل مدار داخل أربعة مدارات رئيسية مختلفة للإلكترون.
- يتم الإشارة إلى هذه المدارات بأحرف لاتينية (s- p- f- d)، حيث يحتوي كل مدار رئيسي على مستويات ثانوية، والتي يمكن أن تحتوي على أكثر من إلكترونين تآكل.