ما هي الذرة المثارة؟ تعرف الذرة بأنها أصغر مادة يمكن الحصول عليها من مادة بالتوزيع. إنه محايد. عندما تتفكك الذرة، يتم شحن أجزائها المختلفة. الذرة هي أيضًا حجر الزاوية في الكيمياء، فهي أصغر مكون في المادة يمكن أن يظهر خواصًا كيميائية.
ذرات المكون
- إذا نظرت عن كثب إلى الذرة نفسها، يمكنك تحديد تركيبها من البروتونات موجبة الشحنة، والنيوترونات المحايدة، والإلكترونات سالبة الشحنة، وهو نوع العنصر الذي يحدد كمية كل عنصر.
- عادةً ما تكون معظم الذرة في فراغ، وبداخلها سحابة من الإلكترونات، ومقارنة بحجم الذرة بأكملها، فهي تدور حول مساحة صغيرة، وهذا الفضاء يسمى النواة.
- وله بروتونات ونيوترونات، لذا فهو موجب الشحنة، كتلة الإلكترون أقل من كتلة النواة.
- نظرًا لأنه أخف جسيم في الطبيعة، وبما أن النواة مشحونة إيجابًا والإلكترونات التي تدور حولها مشحونة سالبًا، فهذا يعني أن هناك تبادلًا لشدة المجال الكهربائي بين النواة والإلكترونات التي تجذب الإلكترونات إلى النواة .
1- البروتون
- البروتون هو جسيم دون ذري شحنة موجبة تساوي شحنة الإلكترون، وكتلته 1.67262 × 10-27 كجم، أي 1836 ضعف كتلة الإلكترون. عدد البروتونات هو رقم يمثل الذرة رقم العنصر.
- وهذا أيضًا هو سبب وضع العناصر في الجدول الدوري، فحتى نهاية القرن العشرين كان الناس دائمًا يعتبرون البروتونات جسيمات أولية.
- بمعنى آخر، لا يوجد شيء فيه ولا يمكن تقسيمه لأن علماء فيزياء الجسيمات قد اكتشفوا بالفعل بنية البروتونات.
- تصنف الباريونات على أنها جسيمات تتكون أساسًا من ثلاثة جسيمات أولية تسمى الكواركات.
2- النيوترونات
- النيوترونات هي جسيمات دون ذرية توجد في نوى جميع العناصر باستثناء الهيدروجين.
- نظرًا لأن نواتها تحتوي على بروتون واحد فقط، فإن النيوترون ليس له شحنة وتبلغ كتلته 1.67493 × 10-27 كجم، مما يعني أنه أثقل قليلاً من البروتون.
- هذا يساوي 1839 إلكترونًا من الكتلة. تسمى البروتونات والنيوترونات بالنيوكليونات. نظرًا لوجودهم في مساحة ضيقة وكثيفة تمثل 99.9٪ من الكتلة الذرية، يطلق عليهم نوى.
- مثل البروتونات، كانت النيوترونات جسيمًا أساسيًا حتى نهاية القرن الماضي من قبل علماء فيزياء الجسيمات، ومثل البروتونات، تعد النيوترونات جزءًا من باريون يحتوي على ثلاثة كواركات.
- وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه على الرغم من عدم احتوائه على جسيمات سالبة، إلا أنه لا يزال يحافظ على تماسك النواة، ولكن الجسيمات المحايدة والإيجابية فقط هي ما يسمى بالقوى النووية القوية.
- إنه يتجاوز القوة الطاردة للبروتونات الموجبة ويحافظ على تماسك النواة.
3- الإلكترونات
- الإلكترونات هي جسيمات دون ذرية ذات شحنة قلوية سالبة وتعتبر جسيمات أولية، حيث لا تحتوي على مكونات بداخلها، ولا يمكن تقسيمها، ولا يوجد إلكترون أخف مما هو عليه في الذرة.
- كتلة الإلكترون هي 9.10938356 × 10-31 كجم.
- لم يتم حساب هذه الكتلة عند حساب الكتلة الذرية لأنها صغيرة جدًا، فقد اكتشف جيه جيه طومسون الإلكترونات أثناء دراسة أشعة الكاثود، وقد ساهم هذا الاكتشاف بشكل كبير في فهم بنية الذرة.
- تتواجد الإلكترونات حول النواة وتتوزع عند مستويات طاقة مختلفة، وعندما تُزال الإلكترونات من مداراتها حول النواة، تتأين الذرات، ما يسمى بالأيونات.
- في حالة علماء الجسيمات، يمكن للإلكترونات أن تتعايش بحرية مع الأيونات. في حالة الأيونات، تنتمي الإلكترونات إلى مجموعة الفرميونات ويتم وصف سلوكها بواسطة معادلة ديراك-فيرمي.
النموذج الذري
- تتكون معظم المواد من جزيئات، ويكون فصل هذه الجزيئات سهلًا نسبيًا، وتتكون الجزيئات من ذرات متصلة ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية.
- من الصعب فصلهما، وكل ذرة مكونة من إلكترونات ونواة، وهذه الإلكترونات والنواة موصولة كهربائيًا، لذا فهي تلتصق ببعضها البعض.
- من أجل فصلها عن بعضها البعض، يتطلب الأمر إعطاء الكثير من الطاقة للإلكترونات حتى تتمكن من الهروب ومغادرة مداراتها، والإلكترونات والنواة (البروتونات والنيوترونات) هي جسيمات دون ذرية طويلة العمر.
- هذا يعني أنه على عكس الجسيمات دون الذرية الأخرى، فإنها تستغرق وقتًا طويلاً نسبيًا لتتحلل لأنها تتطلب طاقة عالية جدًا لإنتاجها، ولا يستغرق الأمر سوى وقت قصير لتتحلل إلى جسيمات أخرى أكثر استقرارًا.
الخصائص الأساسية للذرات
- العدد الذري: يعتبر العدد الذري من أهم خصائص الذرة، فهو يمثل عدد الشحنات الموجبة في النواة، أي البروتونات (وكذلك عدد الإلكترونات في الذرات المحايدة).
- على سبيل المثال، العدد الذري للكربون هو 6، والعدد الذري لليورانيوم هو 92، وبما أن عدد الإلكترونات مرتبط بالتفاعلات الكيميائية، فإن العدد الذري مهم جدًا عند الحديث عن التفاعلات الكيميائية.
- الكتلة الذرية: يؤثر عدد النيوترونات في النواة على كتلة الذرة، لكنه لا يؤثر على خواصها الكيميائية.
- على سبيل المثال، ذرة الكربون التي تحتوي على 6 بروتونات و 6 نيوترونات سيكون لها نفس الخصائص الكيميائية مثل الكربون الذي يحتوي على 6 بروتونات و 8 نيوترونات.
- الاختلاف الوحيد هو كتلة النظيرين، بينما العدد الكتلي هو مجموع عدد البروتونات والنيوترونات.
ذرة مشكلة
- الحالة المثارة في الفيزياء الذرية هي حالة النظام الكمومي (مثل الذرة أو الجزيء أو النواة حيث تكون طاقة النظام أعلى من الحالة الأساسية).
- على سبيل المثال، تتمتع الذرة، مثل ذرة الهيدروجين، بميزة أن الإلكترون يدخل المدار عند مستوى طاقة كمي معين، عادةً على مستوى كمي يسمى الحالة الأرضية، حيث تكون طاقته هي الحد الأدنى المطلق.
- عندما يمتص الإلكترون فوتونًا من الخارج، قد تكون طاقة الفوتون الممتص كافية لجعل الإلكترون يترك مستوى طاقته الكمومية والارتفاع إلى مستوى طاقة أعلى، وتسمى حالة الذرة حالة مثارة.
- في حالة الإثارة، لا يمكن أن يبقى الإلكترون في حالة الإثارة لفترة طويلة، لذا فإن الإلكترون سيطلق طاقته الزائدة بسرعة إلى الخارج على شكل فوتونات (على سبيل المثال، إشعاع ضوئي) ويغرق في حالة أقل استقرارًا.
الاستقرار والمتانة
- إذا اعتبرناها نظامًا فيزيائيًا معزولًا، فوفقًا لما نراه في الطبيعة، فإنها تميل إلى تقليل طاقتها إلى الحد الأدنى. تشرح ميكانيكا الكم هذه الخاصية من خلال تغيير إمكانية مستويات الطاقة الكمومية، ويمكن للنظام إطلاق واحدة منهم.
- وبالتالي، فإن الحالة المثارة عادة ما تكون غير مستقرة، ولكنها مرتبطة بمدة الحالة المثارة.
- بمعنى أنه يمكن القول بأن العمر يشير إلى احتمال الانحلال في غضون ثانية واحدة من انتقال النظام من حالة الإثارة إلى حالة الإثارة المنخفضة أو الحالة اللانهائية.
- يمكن أن يكون العمر أجزاء من الثانية (حزمة إشعاع) أو يمكن أن يكون اضمحلال بيتا وغاما على مدى آلاف السنين.
كيفية إثارة الإلكترونات في الذرة
- امتصاص الفوتون: يمكنك إثارة الإلكترونات ونقلها إلى مستويات طاقة أعلى عن طريق امتصاص فوتونات ذات أطوال موجية محددة تتناسب مع مستوى الطاقة المراد نقلها.
- لكن يجب على الإلكترونات أن تمتص فوتونات ذات طول موجي معين، وهذا ليس سوى طاقة مستوى طاقة، فعندما يتم تحفيز الإلكترون بنفس الفوتون الذي له نفس الطول الموجي، فإنه ينخفض إلى مستوى طاقة أقل.
- الاصطدام: يمكن أن يتسبب تصادم عنصر وإلكترون في انتقال الإلكترون بين مستوى طاقة منخفض وأعلى، عادةً بسبب الطاقة الحركية بين الذرات المتصادمة.
- لذلك فهو يتحرك نحو الإلكترونات ويثيرها بالانتقال إلى مستوى طاقة مختلف، في الواقع يمكن أن يتسبب في طرد الإلكترونات تمامًا من الذرة وهذا التأثير يسمى “تأثير الحجب”.
- ولكن من أجل حدوث إثارة، والتي ستؤدي إلى انتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة المختلفة، يجب الحصول على مستوى طاقة، الطاقة المحددة المقابلة، بما يتناسب مع الطاقة التي سينشرها الإلكترون.
- استخدام درجة الحرارة لتحفيز الاصطدام بين العناصر والإلكترونات.
قيمة إثارة الإثارة في الإلكترونات
- تساعد عملية إثارة الإلكترونات في الذرات على تحديد التركيب الكيميائي للمادة، ويمكن القيام بذلك عن طريق فحص طيف الضوء المنبعث عند المرور عبر منشور.
- من خلال دراسة التركيب الكيميائي لهذه الأطياف، يمكننا معرفة المزيد عن مستويات الطاقة وخصائص الذرات، وهو أمر مفيد للبحث والفهم الواسع لهذه الجسيمات الدقيقة وتطبيقاتها في الحياة.
طيف الإشعاع الذري
- عندما يتم تسخين مادة ما إلى درجة حرارة عالية، فإنها ستصدر ضوءًا وتنبعث منها طيفًا مستمرًا.
- إذا اختبر مطياف (محلل ضوئي) طيفًا مستمرًا، فإنه يسمى مقياس طيف.
- وجدنا أنه يتكون من عدة ألوان متداخلة ليس لها حدود بينها.
- عندما يتم تسخين غاز أو بخار مادة إلى درجة حرارة عالية تحت ضغط منخفض
- أو من خلال شرارة كهربائية، سوف يتوهج.
- عند فحصه باستخدام مطياف، نجد أنه يتكون من عدد محدود من الخطوط الملونة (يسمى مخطط طيف الخط).
طيف الخط
- طيف الخط: “يشير إلى عدد معين من الخطوط الملونة الناتجة عن التسخين من غاز منخفض الضغط إلى درجة حرارة عالية.”
- الطيف الخطي لأي عنصر هو ميزته الرئيسية لأنه لا يوجد عنصرين لهما نفس الطيف الخطي.
- إنها بمثابة بصمة يمكن تمييز أي شخص بواسطتها.
- من خلال دراسة الطيف الخطي لأشعة الشمس، وجد أنه يتكون أساسًا من الهيدروجين والهيليوم.
- من خلال دراسة الطيف الإشعاعي الخطي لذرات الهيدروجين، تمكن بور من بناء نموذجه الذري.
نموذج بوهر الكهروستاتيكي للتركيب الذري
- كان بور قادرًا على تطوير نموذج رذرفورد لبنية الذرة.
- لا يتعامل دوران الإلكترونات حول النواة مع افتراضات نيوتن الديناميكية الكلاسيكية بنفس الطريقة التي يتعامل بها ماكسويل.
- قاده هذا إلى الاعتقاد بأن الإلكترونات ستشع باستمرار أثناء دورانها حول النواة، مما يتسبب في انهيار الذرة.
واجب البرج
استخدم بور افتراضات رذرفورد حول التركيب الذري، وهي:
- في وسط الذرة نواة موجبة الشحنة.
- عدد البروتونات الموجبة في النواة يساوي عدد الإلكترونات السالبة التي تدور حول النواة.
- عندما تدور الإلكترونات حول النواة، تحدث قوة طرد مركزي بسبب سرعة دوران الإلكترون.
- إنه يساوي قوة الجاذبية الناتجة عن جاذبية الإلكترون للنواة.
- تتحرك الإلكترونات بسرعة حول النواة دون أن تفقد أو تكتسب الطاقة.
- تدور الإلكترونات حول النواة عند مستويات طاقة ثابتة معينة
- المسافة بين مستويات الطاقة هذه منطقة ممنوع منعا باتا دوران الإلكترون.
- تمتلك الإلكترونات عند التحرك حول النواة طاقة معينة، والتي تتوقف على مسافة من مستوى طاقة الذرة وتزداد مع زيادة نصف القطر.
- استخدم عددًا صحيحًا يسمى عدد الكم الأساسي لتمثيل طاقة كل مستوى. يقبل العدد الصحيح عددًا (1 → 7) أو حرفًا (K، L، M، N، O، P، Q).
- المستقرة: “هي حالة الذرة أو الجزيء أو الأيون الذي يحتوي على أقل طاقة وهو الأكثر استقرارًا.”
- هذه هي أقل طاقة متاحة للإلكترونات المتبقية.
- الحالة المثارة: حالة تكتسب فيها الإلكترونات قدرًا معينًا من الطاقة من خلال التسخين أو التفريغ، وبعد ذلك تصل الإلكترونات المثارة مؤقتًا إلى مستوى طاقة أعلى (اعتمادًا على الكسب).
- الإلكترون في حالة غير مستقرة في المستوى الأعلى وسيعود بسرعة إلى المستوى الأصلي.
- ستفقد الطاقة التي اكتسبتها وتعود إلى مستواك الأصلي.
- يتم إنشاء هذه الطاقة في شكل إشعاع ضوئي بأطوال موجية وترددات مختلفة وتخلق أطياف خطية مختلفة.
ناقشنا في مقال اليوم ما هي الذرة المثارة، كما تحدثنا عن الذرة بشكل عام والبروتونات والنيوترونات والإلكترونات سالبة الشحنة، وكذلك الطيف الذري وكيفية الحصول عليه، لتتعرف على هذا الموضوع بكل ما فيه. النواحي.