مفهوم المدار الذري وانواعه

تعريف المجال الذري

إن المدارات الذرية هي وظائف رياضية توفر نظرة ثاقبة للطبيعة الموجية للإلكترونات أو أزواج الإلكترونات الموجودة حول نوى الذرات، وتستخدم هذه الوظائف الرياضية لتحديد احتمال العثور على إلكترون يكون منتميا إلى الذرة في منطقة محددة حول نواة الذرة، ونلاحظ أن استخدام مصطلح المدار الذري يشير إلى المساحة المادية أو المنطقة المادية حول نواة الذرة التي تكون احتمالية تواجد إلكترون معين فيها الحد الأقصى، حيث يتم توقع تواجد الإلكترون في هذه المنطقة بواسطة الشكل الرياضي للمدار الذري.

نظرية المدار الذري وتسميته

المدار الذري هو مصطلح رياضي في نظرية الذرة وميكانيكا الكم يستخدم لوصف موقع وسلوك الإلكترون في الذرة. يحتوي هذا المدار على الحد الأقصى لاثنين من الإلكترونات، وكل إلكترون لديه رقم كمي مغزلي خاص به في هذا المدار. هذا ينطبق على جميع المدارات الأخرى. مصطلح المداري هو مصطلح رياضي في الفيزياء والكيمياء يشير إلى الدالة الموجية التي تحدد الخصائص المميزة للإلكترونات. يشبه هذا الأمر الحالة في الجسيم، حيث يكون الإلكترون إما قريبا من نواة الذرة أو من نظام آخر.

خصائص المدار الذري

نلاحظ أن لكل مدار ذري عددا أقصى من الإلكترونات. يكون لكل مدار ذري يحتوي على إلكترونات دوران متساو ومعاكس مع الإلكترونات الأخرى. يتم توفير نظرة ثاقبة حول دوران الإلكترون في المدار من خلال القيمة المعبرة بوحدة ميلي ثانية. يتم تحديد وجود الإلكترون في المدار الذري من خلال الأرقام الكمومية الأربعة التي تصفه. نلاحظ أن لكل مدار ذري خصائص تعتمد على القيم الكمومية، والعلاقة بين الإلكترون والنواة يمكن أن توصف بسلسلة من الأعداد المعروفة بأعداد الكم

• الرمز n يصف طاقة الإلكترون ويحدد حجم المدار، ويتراوح قيمته بين 1 و 7 حيث كلما انخفضت قيمة n زادت الطاقة والعكس صحيح، وحجم المدار يزداد مع زيادة قيمة n، وتتضمن المستويات السبعة الرئيسية K، L، M، N، O، P، Q، وتتصل كل مستوى بقيمة محددة من n.
• الرقم الكمي الزاوي المداري المعروف أيضا بعدد الزخم الزاوي هو الذي يصف شكل المدار ويتراوح قيمته بين 0 و 3، وتكون الأعداد الفرعية للكم هي s، p، d، f وتمثل المستويات الفرعية داخل المستويات الرئيسية .
• الرقم المغناطيسي المعبر عنه بالرمز “مل.
• رقم الكم المغزلي وهو الذي يعمل على وصف الحركة المغزلية للإلكترون وتكون مع حركة عقارب الساعة أو عكس عقارب الساعة، ولكنها في الوقت ذاته لا تشبه دوران الكواكب حول محورها، فإن الشحنة المغزلية تقوم برفع المجال المغناطيسي وعدد الكم المغزلي والذي يتكون من قيمتان فإما أن تكون قيمة 1/2 أو -1/2، فعندما تكون القيمة موجبة فهذا يدل أن اتجاه السهم إلى الأعلى، أما إذا كانت القيمة سالبة فيكون اتجاه السهم إلى الأسفل.

أنواع المدار الذري

“تم اكتشاف أن الفيزيائيين يفضلون استخدام التبسيط لوصف خصائص الإلكترونات في الذرة بسبب ملاءمته، حيث تكون الأعداد الكمية في شكل أعداد صحيحة وليست كسورية. تلك الأعداد الكمية التي ذكرناها سابقا لها وظيفة محددة؛ فالرقم الكم الرئيسي يتعلق بطاقة الإلكترون، وهناك أعداد كمومية أخرى غير مرتبطة مباشرة بمدارات الإلكترون حيث تعبر عن المواضع المحتملة لوجود الإلكترون. المدارات هي

• المدار الحاد ويرمز له s حيث أن لكل قيمة nيوجد مدار واحد فقط حيثأن كل من l وm يكون مساوياً الصفر، فهذه المدارات هي المجالات فكلما ازدادت قيمة n ازداد حجم الكرة أي بمعنى آخر ازداد احتمالية وجود الإلكترون بعيداً عن النواة، وتكون المجالات غير متساوية الكثافة في جميع الأنحاء أي تشبه الأصداف المتداخلة، وإن هذا المدار يسمى s لأسباب تاريخية وبسبب قواعد ميكانيكا الكم، حيث أن الإلكترونات الأقل طاقة يجب أن تحتوي على n=1 حيث أن كل من l و m يكونان مساويا الصفر، لهذا فإن المدار الوحيد الموجود لـ n = 1 هو مدار s وحيث أن المدار s موجود أيضًا لكل قيمة أخرى لـ n.
• المدار النظري ويرمز له p وهو المدار الذي يكون فيه n أكبر من واحد وإن L وهو الرقم الكم المداري تكون قيمته في هذا المدار أي قيمة تصل إلى n-1 ، فعندما L تكون مساوية للرقم واحد يطلق على هذا المدار اسم المداري P، وفيه تكون قيمة L منتقلة من موجب إلى سالب ويمكن أن تساوي 1 أو 0 أو -1 بالنسبة إلى L=1 و n=2، وهذا يعني أن هناك ثلاث نسخ من المدار p وهي :
  1. واحدة مع الدمبل لأعلى وأسفل .
  2. واحدة من الدمبلز تأخذها من اليسار إلى اليمين.
  3. وأخرى مع الدمبل بزاوية قائمة .
  4. تتوفر مدارات P لجميع الأعداد الكمومية الرئيسية التي تزيد عن واحد، على الرغم من وجود بيانات إضافية حيث يزيد n.
• الرقم (1735) يمثل المدار المنتشر، ويرمز له بـ D، وفيه تكون قيمة n=3، إذا يمكن أن يكون القطر l مساويا للرقم 2، وعندما يساوي القطر 2، يمكن أن يكون الزمني m مساويا للأرقام 2 و1 و0 و-1 و-2، وتسمى المدارات التي تحمل القيمة l=2 بالمدارات d، وهناك خمسة مدارات مختلفة تتوافق مع القيم المختلفة للزمني m، وإن المدار ذو القيم n=3 وl=2 وm=0 يشبه الدمبل ولكن منظره يكون دائريا حول المركز، وتبدو المدارات الأربعة الأخرى التي تحمل الرقم d مثل أربع بيضات مكدسة في النهاية بنمط متدرج.
• يشير المصطلح f إلى المدار الأساسي، وتسمى المدارات ذات n = 4 و l = 3 بالمدارات f، وهي مدارات مقعدة تشبه شكل الدمبل، لكنها تتألف من دائرتين بين طرفي الحديد، ويتباين عدد الحزم فيها وفقًا لقيمة m ويتراوح بين ثمانية بالونات ترابطها في المنتصف.

طريقة التوزيع الإلكتروني

يعني التوزيع الإلكتروني ترتيب الإلكترونات في الذرة أو الجزيء، ويحتوي أي نظام توزيع إلكتروني على توزيع ثابت خاص به، وعندما يكون النظام في حالة الاتزان، يسمى هذا التوزيع الحالة الأرضية، ولكن عندما لا يكون النظام في الحالة الأرضية، يمكن أن يكون توزيع الإلكترونات مختلفا مؤقتا، ويحدث ذلك عندما تكون إحدى الإلكترونات مثارة وتحت تأثير التسخين أو التفريغ الكهربائي، ويتم تحديد التوزيع الإلكتروني عن طريق عدة عوامل

• معرفة عدد الإلكترونات الموجودة فيه.
• يتمثل المستويات الرئيسية والفرعية للطاقة بالإضافة إلى الأوربيتالات.
• ويجب معرفة المدارات.
• تمكن العلماء من حساب ذلك باستخدام ميكانيكا الكم، وقد ابتكرت هذه الطريقة من قبل العالمين الألماني هايزنبرج والعالم النمساوي شرودنجر، وتم تطبيقها بنجاح على ذرة الهيدروجين.