تعريف السحابة الإلكترونية في الذرة
تعريف السحابة الإلكترونية في الذرة
- تشير السحابة الإلكترونية إلى منطقة الشحنة السالبة التي تحيط بنواة الذرة والتي يتم تعريفها رياضيًا بأنها منطقة ذات احتمالية عالية لاحتواء الإلكترونات.
- استُخدمت عبارة `السحابة الإلكترونية` لأول مرة حوالي عام 1925، عندما كان إرفين 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 بطريقة مشابهة لتدور الكواكب حول الشمس .
- في نموذج السحابة، هناك مناطق قد يكون فيها الإلكترون 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، وتظهر هذه الخرائط الاحتمالية للإلكترونات بأشكال غير كروية، وتساعد هذه الأشكال في التنبؤ بالاتجاهات التي تظهر في الجدول الدوري.
ما هو الاوربيتال
- الأوربيتال هي المدارات الذرية التي تمثلها مجموعة من الأرقام والحروف، وتم تحديدها عادة بخصائص الإلكترونات المرتبطة بها، مثل 1s و2p و3d و4f، وتشير الأرقام، المعروفة باسم الأرقام الرئيسية للكم، إلى مستويات الطاقة والمسافة النسبية من النواة .
- يشغل الإلكترون المستوى الطاقي الأقرب للنواة لمدة ثانية واحدة، في حين يقضي الإلكترون الذي يتمتع بأقل قوة ارتباط مع النواة، وهو الإلكترون 2، معظم وقته بعيداً عن النواة، وتشير الأحرف s وp وd وf إلى شكل مدار الإلكترون، ويتشكل شكل المدار نتيجة حجم الزخم الزاوي للإلكترون وحركته الزاوية.
- يتميز المدار s بأن مركزه في النواة، وبالتالي يكون الإلكترون 1s محصورًا تقريبًا بالكامل في منطقة كروية قريبة من النواة، بينما يكون الإلكترون 2s محصورًا في كرة أكبر إلى حد ما.
- المدار p يتميز بشكل تقريبي يشبه زوجا من الفصوص على كلا جانبي النواة، أو يشبه شكل دمبل إلى حد ما. يكون للإلكترون في المدار p احتمال متساو لوجوده في الأشكال الأخرى للمدارات المعقدة. استخدمت الأحرف s و p و d و f في الأصل لتصنيف الأطياف بشكل وصفي إلى سلسلة تسمى حادة وأساسية ومنتشرة وأساسية قبل التعرف على العلاقة بين الأطياف وتركيب الإلكترون الذري.
نموذج بور
- اقترح الفيزيائي الدنماركي نيلز بور (1913) نموذجا للذرة يشمل وصفا لبنية الذرات وخاصة هيكل الهيدروجين، والذي كان يختلف بشكل جذري عن الأوصاف الكلاسيكية السابقة، وهو أول نموذج للذرة يتضمن نظرية الكم، وكان سابقا لنماذج ميكانيكا الكم بالكامل.
- يوضح نموذج بور خصائص الإلكترونات الذرية، بما في ذلك مجموعة القيم الممكنة أو المسموح بها للإلكترونات. تنبعث أو تتمتع الذرات بالإشعاع فقط عندما تقفز الإلكترونات فجأة بين الحالات المسموح بها أو الثابتة. وتم العثور على دليل تجريبي مباشر لوجود هذه الحالات المنفصلة (1914) من قبل الفيزيائيين جيمس فرانك وجوستاف هيرتز اللذين ولدا في ألمانيا.
- – كان الاعتقاد الشائع قبل عام 1913 أن الذرة تتكون من نواة ثقيلة موجبة الشحنة صغيرة تسمى النواة ومحاطة بإلكترونات ضوئية سالبة تدور في مدارات دائرية وأنصاف أقطار عشوائية.
- يتم تعديل وجهة النظر في حركة إلكترونات الكواكب في نموذج معين لتتوافق مع الأنماط الطيفية الطبيعية للضوء الذي ينبعث من ذرات الهيدروجين الفعلية.
- من خلال دوران الإلكترونات في المدارات المستديرة ذات الأقطار المنفصلة، يمكن تفسير سلسلة الأطوال الموجية المنفصلة في طيف الانبعاث للهيدروجين. يقترح أن الضوء ينبعث فقط عندما ينتقل الإلكترون من المدار الخارجي إلى المدار الأقرب إلى النواة. والطاقة التي يفقدها الإلكترون خلال هذا الانتقال المفاجئ تكون بالضبط نفس طاقة الضوء المنبع.
النموذج الذري
النموذج الكوكبي
تم اقتراح هذه النظرية من قبل الكيميائي الحائز على جائزة نوبل، إرنست رذرفورد، في عام 1911، وتعرف أحيانا بنموذج رذرفورد. استنادا إلى التجارب التي أظهرت أن الذرة تحتوي على لب صغير مشحون إيجابيا، افترض رذرفورد أن الذرة تتألف من نواة صغيرة كثيفة ومشحونة إيجابيا، وتدور حولها الإلكترونات في مدارات دائرية. كان هذا النموذج من أوائل النماذج التي اقترحت فكرة غريبة بأن الذرات تتألف في الغالب من فراغ يتحرك فيه الإلكترونات.
نموذج السحابة الإلكترونية
نموذج سحابة الإلكترون هو النموذج الأكثر تعقيدا وانتشارا حاليا للذرة. يحتفظ بمفهوم النواة من نماذج بور ورذرفورد، ولكنه يعرض تعريفا مختلفا لحركة الإلكترونات حول النواة. يتم تحديد حركة الإلكترونات حول النواة في هذا النموذج من خلال المناطق التي يكون فيها احتمال العثور على الإلكترون أكبر في أي لحظة. ترتبط هذه المناطق بمستويات طاقة محددة حول النواة وتأخذ مجموعة متنوعة من الأشكال الفردية مع زيادة طاقة الإلكترونات.
نموذجان للمدار الكوكبي
في الفترة من عام 1910 إلى عام 1911، اقترح إرنست رذرفورد النموذج الكوكبي أو النووي للذرة، حيث يعتقد أن الذرات تتألف بشكل أساسي من مساحة فارغة مع نواة كثيفة. وتضمنت تجاربه إطلاق جسيمات ألفا على رقائق ذهبية، وتوصل إلى أن النواة الموجبة في الذرة تحتوي على معظم كتلتها. وصقل نيلز بور فكرة الذرة كنظام شمسي صغير في عام 1913 مع نموذجه المداري، حيث 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 وتطويره في عام 1915، إلا أنه النموذج الأكثر شيوعا الذي يدرس للأطفال اليوم. يظهر نموذج بور مجموعة من النيوترونات والبروتونات متجمعة في المركز لتمثيل النواة، وتحيط الإلكترونات بالنواة في حلقات تمثل العبور.
Plum Pudding Model
في عام 1904، قام الفيزيائي البريطاني طومسون بإفتراض نموذج حلوى البرقوق أو كعكة الزبيب، وذلك بناء على معرفته بوجود جسيمات سالبة الشحنة داخل الذرات والتي تسمى الإلكترونات، وتجاربه مع أنابيب أشعة الكاثود دفعته لوضع نظريات حول وجود جزيئات صغيرة داخل الذرات تشكل أجزاء أساسية من جميع الذرات، وتصور نموذجه الإلكترونات السالبة المعلقة داخل إطار موجب الشحنة
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.
- عند تطبيق هذا المفهوم على الجذور الحرة، يطلق عليه اسم كثافة الدوران. وهي تُعَدُّ كثافة الإلكترون الإجمالية للدورة الواحدة بعد استبعاد كثافة الإلكترونات الدوارة في الدورات الأخرى. ويتم استخدام حزم النيوترونات لإنشاء خرائط كثافة الدوران.