بنية الذره والجدول الدوري

بنية الذرة والجدول الذري :
اول من درس فكرة الذرة هو علماء الاغريق حيث تخيلوا تجزئة اي قطعه ماديه الى اجزاء تم تجزئة
من الاجزاء الى ماهو اصغر منها وهكذا حتى يتم الوصول والى اجزاء منها هي الصفر ولايقبل القسمه
الى ماهو اصغر منه هذا الجسم الغير قابل للقسمه يسمى الذره ((ATOM وهي كلمه لاتينيه تعني غير
قابل للقسمه ..
العالم ارسطو رفض فكره الذره واقر الفكره ان المواد مهما اختلفت في طبيعتها فهي تتكون من اربعه
مكونات وهي(الماء_التراب_الهواء_النار) واعتقد بامكانية تمويل المواد الرخيصه مثل الحديد والماس
الى مواد نفيسه كالذهب من خلال تغيير نسبة هذة المواد الاربعه .
العالم بويل رفض مفهوم ارسطو واعطى اول تعريف للعنصر على انه
( مادة نقيه بسيطه لا يمكن تحليلهل الى ماهو ابسط منها بالطرق الكيميائية )
العالم دالتون :
وضع دالتون اول نظرية عن تركيب الذرة بعد ان ان قام بالعديد من التجارب والابحاث واعلن دالتون
عام 1802 AC من نظرية دالتون الذرية وفيها :
1 – المادة تتكون من دقائق صغيرة جدا غير قابله للانقسام تسمى الذرات .
2- كل عنصر يتكون من ذرات متشاهيه في الصغر لا تتجزا .
3- ذرات العنصر متشابهة مع بعض .
4- الذرة تختلف من عنصر لاخر .
اكتشاف اشعةالمهبط: ( تجربة ثومسون )
في عام 1897 قام العالم ثومسون باجراء تجارب التفريغ الكهربائي للغازات في انابيب التفريغ
حيث انه من المعروف ان الغازات في الظروف العادية من ضغط ودرجة حرارة عازله للكهرباء
لكن اذا فرغت انبوبة زجاجيه فيها غاز معين الى ضغط اقل من الضغط الجوي 760 ملم زئبق
ملم ز عندها يصبح الغاز موصل للكهرباء.
حيث يلاحظ سيل من الاشعه الغير منظورة من المهبط تسبب وميض لجدار انبوبة التفريغ
وسميت هذة الاشعه باشعة المهبط ومن خواص اشعة المهبط :
1- تتكون من دقائق مادية صغيرة .
2- تسير في خطوط مستقيمه .
3- لهــا تاثيرات حرارية .
4- تتاثر بالمجال الكهربائي والمغناطيسي .
5- ذات شحنه ســـــــــالبه .
6- لاتختلف في سلوكها او طبيعتها حسب مادة المهبط او نوع الغاز مما يثبت انها تدخل في
تركيب جميع المواد ( الالكترونات )
نموذج ذرة ثومسون :
استنتج ثومسون 1897 من تجارب التفريغ الكهربائي السابقه ان :
1- الذرة عبارة عن كرة متجانسه من الكهرباء الموجبه ( النواة ) .
2- يحاط بالمركز الموجب للذرة ( النواة ) الالكتونات السالبه يجعل الذرة متعالدله .
3- معظم كتلة الذرة موجودة في النواة .
ذرة رذر فورد :
في سنة 1902 قام العالم رذر فورد بتجربه شهرة لشرح بنية الذرة حيث قصف لوح
معدني مبطن بكبريتيد الخارصين ( zhs) باشعة الفا او جسيمات الفا ( Hez ) الموجبه
الشحنه حيث يترك وميض عند مكان اصطدام جسيمات الفا باللوح وتمكن من حساب عدد
ومكان جسييمات الفا المصطدمه باللوح من خلال الومضات التي تظهر في اللوح وقام رذر فورد
بوضع صفيحه رفيعه جدا من الذهب بحيث تغير من مسار جسيمات الفا قبل اصطدامها باللوح المعدني
وخرج رذر فورد بما يلي :
1- معظم جسيمات الفا ظهرت في نفس المكان الذي ظهرت فية قبل وضع صحيفة الذهب .
2- هنالك نسبه قليله من جسيمات الفا لم تمر خلال صحيفة الذهب وارتدت في عكس الاتجاه
وظهرت بعض الومضات في الجانب الاخر من اللوح .
هذا يعني يوجد في الذرة جزء كثافته كبيره ويشغل حيزا صفير جدا اطلق عليه نواة الذرة .
وبسبب انحراف مسار جسيمات الفا الموجبه لابد من ان تكون شحنة الجزء الكثيف في الذرة والذي تتركز
فيه معظم كتلة الذرة مشابهه لشحنة جسيمات الفا من مسار بسبب .
لذلك يعتبر رذر فورد اول من وضع تصور دقيق لنسبة الذرة حيث خلص الى ان الذرة متناهية الصغر معقدة
التركيب تشبه في تركيبها المجموعة الشمسيه ( نموذج الكواكب السياره ) فهي تتركب من نواة موجبه مثل
الشمس في مركز الذرة وتدور حولها الالكترونات في المدارات الالكترونيه مثل الكواكب السيارة .
النواة :
النواة هي اصغر حجم وفيها معظم كتلة الذرة فيها البروتونات الموجبه ( ) والبروتونات المتعادلة
الشحنه ( ) وتوجد مسافات شاسعه بين النواة والمسارات الالكترونية وبذلك فان معظم حجم الذرة
هو فراغ الالكترونات كتلتها صغيره جدا مقارنة بالنواة وهي ذات شحنات سالبه مساويه لشحنة
البروتونات وهي تدور بسرعه كبيره جدا في مدارات خاصه حول النواة في الاغلفه الالكترونيه .
هناك توازن بين قوة جذب النواة للالكترونات وقوى الطرد المركزي الناتجه من دوران الالترون
بسرعه معينه حول النواة لذلك لا تسقط الالكترونات في النواة .
نظرية ماكسويل :
تعتمد نظرية ماكويل على الميكانيك الكلاسيكي ( ميكانيك نيوتن ) وتطبيقه على الاجسام الكبيرة
نسبياً وحسب قوانين ( ) الكهربائية فأن اي جسم مشحون يدور في مدار دائري فأنه
يفقد جزء من طاقته تدريجياً بالاشعاع مما يؤدي الى نقص في قطر دورانه بشكل تدريجي وعند
تطبيق نظرية ماكويل على نموذج رذر فورد فان الالكترونات تدور في مدار حلزوني للداخل حتى
تسقط في النواة وهذا يؤدي الى فناء الذرة .

نظرية بور الذرية :
أقترح يور نظريه فسر بموجبها الاطياف الخطيه وكذلك سبب عدم أنهيار الذرة حسب
نموذج رذر فورد ولقد اشتد بور في هذة النظرية على الطيف الذري وخاصة اطياف انبعاث الذرات
حيث انه عند تسخين الغازات او بقية المواد تحت ضغط ثابت منخفض بدرجات حرارة عالية
او من خلال حرارة شرارة كهربائية فأنها تبعث ضوء اً وعند فحص هذا الضوء بالمطياف نجد انه
يكون من عدد محدد من الخطوط الملونه وتسمى بالطيف الخطي حيث ان الطيف الخطي لاي عنصر
هو خاصيه مميزه له ( طبعة اصبع ) حيث ان كل عنصر له طيف خطي خاص به مثل بصمة الاصبع
التي يمكن عن طريقها تمييز الســــات من اخر .

بعد دراسة الطبق الخطي لاشعة الشمس فانه يتكون اساسا من غازي الهيدروجين والهليوم وبعد
دراسة الطبق الخطي لذرات الهيدروجين تمكن بور من وضع نموذجه الذري .
وفي الحقيقه فأن فرضيات بور الاساسيه هي مزيج من بعض النظريات :
1- بعض فرضيات رذر فورد .
2- دراسة الطيف الخطي لذرات الهيدروجين .
3- النظرية الكمية لماغس بلانك .
وبذلك افترض بور وجود نواة موجبه الشحنه في مركز الذرة .
4- تحاط النواة بعدد من الالكترونات السالبه يساوي البروتونات في النواة .
5- اثناء دوران الالكترون حول النواة تنشأ قوة طرد مركزي تعادل وتعاكس قوة جذب النواة .
6- تتحرك الالكترونات حول النواة بسرعه دون ان تفقد او تكتسب اي قدر من الطاقة في الظروف الاعتيادية .
7- تدور الالكترونات حول النواة في عدد من المستويات المحدودة حول النواة .
8 – للالكترونات أثناء الحركة حول النواة طاقة معينه تتوقف على مقدار البعد عن النواة وتزداد
طاقة المستوى الالكتروني على زاد نصف قطرة .


المستويات الالكترونية حسب نظرية بور :
1- حسب نظرية بور يعبر عن طاقة المستوى الالكتروني بعدد صحيح يسمى عدد الكم الاساسي
( n ) وان عدد المدارات الرئيسية للذرة هو سبع مدارات وهي :
K ,L,M,N,G,P,Q
1,2,3,4,5,6,7
2- المستوى الالكتروني لاي مستوى طاقة يتحدد بالمعادلة
2 n =عدد الالكترونات
3- للالكترونات مستويات طاقة محددة بزخم زاوي مقدارة (mvr )


4 – اذا اكتسب الالكترون طاقة lمحدده h? بواسطة الاشعاع الضوئي (h? ) او
او التسخين او التفريغ الكهربائي تصبح الذرة مثارة وينتقل الالكترون مؤقتاً الى مستوى طاقة
اعلى . بعد فترة من الزمن يعود الالكترون المثار الى وضعه الاصلي ويفقد طاقته
بشكل طيف خطي معين له طول موجي خاص
5- لا ينتقل الالكترون الى مستوى طاقة اعلى الا اذا كانت الطاقة المكتسبة مساوية تماماً للفرق
بين المستويين .
اذن حسب نظرية بور فأن الالكترون لا يشع طاقة باستمرار ويشع فقط عند اكتساب طاقة محددة من
مصدر خارجي .
تطبيق نظرية بور على ذرة الهيدروجين والذرات الشمسية :
ان الذرات الشبيهه بالهيدروجين هي التي تتكون من الكترون واحد ويدور في مدار دائري
مثل ايون الهليوم الاحادي وايون الليثيوم الثنائي

ان طبق الانبعاث لذرة H يمثل الطاقة المنبعثه نتيجة انتقال الالكترونات من مدارات ذات طاقة
مرتفعه الى اخرى ذات طاقة منخفضه وحسب المتسلسلات التاليه :
1- متسلسلة ليمان = جميع قيم الطاقة المنبعثه من عودة الالكترونات المهمه من اي مستوى
للمستوى ( h = 1 (
2- متسلسلة بالمر = عودة الالكترونات المهمه للمستوى الثاني ( h = 2 )
3- متسلسلة بانش = عودة الالكترونات المهمة للمستوى الثالث ( h = 3 )
4 – متسلسلة براكيت = عودة الالكترونات المهمه للمستوى الرابع ( h = 4 )

5- متسلسلة فنس = عودة الالكترونات المهمة للمستوى الخامس ( h = 5 (
v- = R ( 1/n21 – 1/n22)
حيث ان R هوثايت ريديرغ
مثال : اوجد طاقة الالكترون المنبعثه حسب متسلسلة بالمر لللاكترون العائد من المستوى الرابع والخامس .

النظريات الذرية الحديثة
الطبيعه المزدوجه لالكترون ( دي برولي )
لقد استطاع دي برولي ان يثبت بتجربه ان للجسيمات الذريه خواص موجبه بالاضافه الى الخصائص
الدقائقيه , الالكترون جسم مادي له حركه موجبه لذلك فهو ذو طبيعه موجبه ودقائقيه . ان الحركه
الموجبه للالكترون تسمى الموجات الماديه وهي تختلف عن الموجات الكرومغناطيسيه بما يلي :
1- ذات سرعه اقل من سرعة الضوء
2- موجه مصاحبه للجسم المتحرك اي لا تنفصل عنه

مبدأ اللادقه لهيزثيرك :
حسب هذا الموقع من المستحيل تحديد موقع وزخم الالكترون في ان واحد وبدقه عاليه وان
هنالك خطا في القياس مقداره
وحسب هذه الفرضيه فأنه من المستحيل تحديد سرعة ومكان الالكترون في نفس الوقت وبدقه عاليه .
ان التحدث عن الاحتمالية والصواب حسب معادلة شرود تيكر الموجبه وهذه النظريه تاسست على
افكار بلانك انشتاين – دي برولي – هييزثيرك ومن خلال هذة المعادله يمكن ايجاد مستويات الطاقة
المسموح بها لذرة الهيدروجين وكذلك تحديدمناطق الفراغ حول النواة التي يزداد احتمال تواجد الالكترونات
فيها حول النواة في كل مستوى الكتروني من خلال اربع اعداد كم وهي :

الاوربتال ( السحابه الالكترونيه )
هي منطقة فراغ حول النواة يكون وجود الالكترون فيها اكثر احتمالا او ان احتمالية تواجد الالكترون
في منطقه من الفراغ المحيطه بالنواة .

أعداد الكم الذريه :
هي اعداد تحدد أحجام الاورتيالات وطاقة على أولريتال وكذلك تحدد شكل وحجم واتجاه الاوريتال
في الفراغ .
1- عدد الكم الرئيس ( h )
اكتشفه العالم بور في تغيير ذرة الهيدروجين وهو يستخدم في تحديد مستويات الطاقه الرئيسيه وعدد ( n (
يتراوح من 1 …………… 7 و ( h ) لا تاخذ قيمة الصفر او قيم غير صحيحه وان عدد الالكترونات التي
تشع طاقة المستوى الرئيس تحدده القاعدة
لايمكن تطبيق القاعدة اعلاه لايجاد عدد الالكترونات الازمه للاشباع بعد المستوى الرابع لانه اذا زاد
عدد الالكترونات عن ( 32 ) تصبح الذرة غير مستقرة .

2- عدد الكم الثانوي ( l ) :
يستخدم لتحديد مستويات الطاقة الفرعيه في كل مستوى طاقه رئيس وتحدد عددها على مستوى
طاقه رئيس ( h ( فيه عدد من المستويات الثانويه S , P , d , f وهذه المستويات اكتشفها
العالم بسمو فلد حيث وجد ان الطيف الخاص بذرة ( الهيدروجين ) كل خط طبقي فيه مكون من خطوط
ثانويه تتدرج طاقة المستويات الناقله كالاتي :

عدد الكم المغناطيسي (m )
اوجده العالم زيمان وهو يحدد عددد اورتيال المستوى الثانوي ( l ) وعدد طاقة وشكل
الاورتيالات واتجاهاتها في الفراغ
المستوى الطافي يحدد القيم السالبه والموجبه والصفر
المستوى ( S) له اوريتال واحد شكله كروي منتظم


المستوى ( p ) له ثلاث اورتيالات
له شكل محورين متقابلين بالراس لكل اوربتال الكترونين
هذا المستوى له ثلاثة اوربتالات

عدد كم البرمي ( المغزلي ) M
أوجده العالم اولنك وهو ينتج من الحركه الرميه للالكترون مع او عكس عقرب الساعه وعندما يكون
الزخم الزاوي الاوريتالي لالكترون من صفر فانه يدور مع عقرب الساعه
عكس عقرب الساعه
ان الحركة المغزليه مهمه للتشغيل من التنافرين الالكتونيين المزدوجيين .