بنية الذرة

موسوعة العربى

 

بنية الذرة

الباب الأول

رأى العلماء قديماً وحديثاً عن الذرة:-

[1] الذرة عند فلاسفة الإغريق:-    يمكن تجزئة المادة الى اجزاء وتجزئة الاجزاء الى ما هو اصغر منها حتى نصل الى اجزاء لا تقبل التجزئة تسمى الذرة

 [2] رأى أرسطو:-

1-     رفض فكرة الذرة.

2-     تبنى فكرة أن كل المواد تتكون من مكونات أربعة هى:-

          (أ) الماء.                                             (ب) الهواء

          (ج) التراب.                                         (د) النار

·   ولذلك اعتقد العلماء أنه يمكن تحويل المواد الرخيصة (مثل الحديد أو النحاس) إلى مواد نفيسة (مثل الذهب) بتغير نسب المكونات الأربعة.

[3] رأى بويل:-

1-     رفض مفهوم أرسطو.                             2- وضع أول تعريف للعنصر.

العنصر:-

مادة نقية بسيطة لا يمكن تحليلها إلى ما هو أبسط منها بالطرق الكيميائية المعروفة

[4] ذرة دالتون:-

مصمتة متناهية فى الصغر وغير قابلة للتجزئة.

وضع دالتون أول نظرية عن تركيب الذرة بناء على العديد من التجارب والأبحاث التى أجراها.

فروض النظرية الذرية لدالتون:-

1-     المادة تتكون من دقائق تسمى الذرات.

2-     الذرات مصمتة متناهية فى الصغر غير قابلة للتجزئة.

3-    

جهد كهربى عال

أنود

كاثود

أنبوبة التفريغ

ذرات العنصر الواحد متشابهة.

4-     الذرات تختلف من عنصر إلى آخر.

[5] ذرة طومسون:-

اكتشاف أشعة المهبط (الإلكترونات):- (عام1897) 

·       جميع الغازات تحت الظروف العادية من الضغط ودرجة الحرارة عازلة للكهرباء.

·       أجرى طومسون تجارب على التفريغ الكهربى خلال الغازات داخل أنبوبة زجاجية كما بالرسم فوجد أن:-

1-  إذا فرغت الأنبوبة من الغاز بحيث يصبح ضغط الغاز أقل من 0.01 حتى 0.001 مم زئبق فإن الغاز يصبح موصلاً للكهرباء إذا تعرض لفرق جهد مناسب.

2-  إذا زيد فرق الجهد بين القطبين إلى حوالى 10000 فولت (عشرة آلاف فولت) يلاحظ انطلاق سيل من الأشعة غير المنظورة من المهبط تسبب وميضاً لجدار أنبوبة التفريغ سميت هذه الأشعة بأشعة المهبط.

خواص أشعة المهبط:-

1- تتكون من دقائق مادية صغيرة.           

2- تسير فى خطوط مستقيمة.

3- لها تأثير حرارى.                             

4- تتأثر بكل من المجالين الكهربى والمغناطيسى.

5- سالبة الشحنة.

6- لا تختلف فى سلوكها أو طبيعتها باختلاف مادة المهبط أو نوع الغاز مما يدل على أنه تدخل فى تركيب جميع المواد.

أشعة المهبط:

سيل من الأشعة غير المنظورة تنتج من المهبط وتسبب وميضاً لجدار أنبوبة التفريغ

من هذه التجارب قدم العالم طومسون نظريته عن الذرة

الذرة عند طومسون:

عبارة عن كرة متجانسة من الكهرباء الموجبة مطمور بها عدد من الإلكترونات السالبة لجعل الذرة متعادلة كهربياً.

 ( س ) اكتب المصطلح العلمى                                             " دور اول 2008 "

" أشعة غير مرئية تنبعث عندما يكون ضغط الغاز داخل الانبوبة 0.01 مم زئبق فى وجود فرق جهد حوالى 10000 فولت  "

             أشعة المهبط ( الكاثود )

( س )علل : يلزم تفريغ أنبوبة أشعة الكاثود حتى ضغط منخفض عند توليد أشعة المهبط ؟ 

                  لأن الغازات لا توصل التيار الكهربى فى الظروف العادية

[6] ذرة رذرفورد:-

تجربة رذرفورد

صندوق من الرصاص يحتوى على مادة مشعة

جسيمات ألفا

شريحة رقيقة من الذهب

لوح معدنى مغطى بطبقة من كبريتيد الخارصين

أجراها العالمان جيجر وماريسدن بناء على اقتراح رذرفورد

الجهاز المستخدم يتكون من:-

                  مكعب من الرصاص بداخله مادة مشعة تخرج منها جسيمات الفا الموجبة الشحنة ( He⁴₂  ) ويحدد مسار هذه الجسيمات لوحان مثقوبان من الرصاص حيث تصطدم هذه الجسيمات بطبقة رقيقة جدا من الذهب سمكها 0.001 سم موضوعة داخل لوح معدنى على شكل دائرة غير كاملة مغطاة من الداخل بطبقة من كبريتيد الخارصين  ( ZnS ) تحد ث وميض عند اصطدام جسيمات الفا بها .

رقيقة من الذهب

انحرفت

نفذت

ارتدت

دقائق ألفا

 خطوات التجربة:-

(1)  سمح لجسيمات ألفا أن تصطدم باللوح المعدنى المبطن بطبقة كبريتيد الخارصين.

(2)  تم تحديد مكان وعدد جسيمات ألفا المصطدمة باللوح من الومضات.

(3) تم وضع صفيحة رقيقة جداً من الذهب (10 ^–4 : 10 ^–5 سم) لتعترض مسار جسيمات ألفا قبل اصطدامها باللوح.

المشاهدة	الاستنتاج
(1)  معظمها ظهر أثرها فى نفس المكان الأول الذى ظهرت فيه قبل وضع صفيحة الذهب.	(1)  معظم الذرة فراغ وليست كرة مصمتة (كما فى ذرة دالتون وطومسون).
(2)  نسبة قليلة منها ارتدت فى عكس مسارها ولم تنفذ من غلالة الذهب ولذلك ظهرت بعض ومضات على الجانب الآخر من اللوح.	(2)  يوجد بالذرة جزء كثافته كبيرة ويشغل حيز صغير جداً هو النواة.
(3)  ظهرت بعض ومضات على جانبى الموضع الأول.	(3)  شحنة النواة موجبة مثل شحنة جسيمات ألفا لذا تنافرت معه.

من التجربة السابقة وتجارب أخرى تمكن رذرفورد من وضع النموذج التالى:-

نموذج ذرة رذرفورد:-

                    "  اول من وضع تصور لبنية الذرة على أسس تجريبية "

(1)            الذرة:-

                     معقدة التركيب تشبه المجموعة الشمسية؛  تتركب من نواة مركزية (مثل الشمس) تدور حولها الإلكترونات (مثل الكواكب).

(2)            النواة:-

·       أصغر كثيراً من الذرة.

·       توجد مسافات شاسعة بين النواة وبين المدارات الإلكترونية (الذرة غير مصمتة)

·       تتركز فى النواة الشحنة الموجبة.

·       تتركز فى النواة معظم كتلة الذرة لإهمال كتلة الإلكترونات.

(3)            الإلكترونات:-

·       سالبة الشحنة.

·       كتلتها ضئيلة بالنسبة لكتلة النواة.

·       الشحنة السالبة لجميع الإلكترونات فى الذرة تساوى الشحنة الموجبة فى النواة (الذرة متعادلة كهربياً).

·       تدور الإلكترونات حول النواة بسرعة كبيرة فى مدارات خاصة رغم قوى الجذب بينها وبين النواة.

·   تخضع الإلكترونات فى دورانها حول النواة إلى قوتين متبادلتين متساويتين مقداراً ومتضادتين اتجاهاً هما:-

(أ‌)               قوة جذب النواة الموجبة للإلكترونات.

(ب‌)          قوة طرد مركزية ناشئة عن دوران الإلكترون حول النواة.

(س) علل :

            1) تنحرف اشعة الفا عند تعريضها لمجال مغناطيسى او كهربى عكس اتجاه                       انحراف أشعة المهبط ؟

                   لأن أشعة الفا موجبة الشحنة بينما أشعة المهبط سالبة الشحنة

            2) يبطن اللوح المعدنى بطبقة من كبريتيد الخارصين  ( ZnS ) ؟

                   لأنه يحدث وميض عند سقوط جسيمات ألفا عليه

             3) اختيار راذرفورد رقيقة من الذهب وليس اى فلز أخر ؟

                   لأن الذهب اثقل الفلزات وعدده الذرى ( Au ₇₉)

             4) الذرة متعادلة كهربيا ؟

              وذلك لتساوى عدد الالكترونات السالبة التى تدور حول النواة مع عدد                           البروتونات الموجبة داخل النواة

التعارض بين نظرية رذرفورد ونظرية ماكسويل:

تعارض تصور رذرفورد للتركيب الذرى مع نظرية ماكسويل التى تنطبق على الأجسام الكبيرة والقائمة على قوانين ميكانيكا نيوتن (الميكانيكا الكلاسكية).

نظرية ماكسويل:-

إذا تحرك جسم مشحون بشحنة كهربية فى مدار دائرى فإنه يفقد جزء من طاقته تدريجياً على هيئة إشعاع فيقل نصف قطر المدار تبعاً لنقص طاقته.

بتطبيق نظرية ماكسويل على حركة الإلكترون فى ذرة رذرفورد:-

فإن الإلكترون يكون فى حالة إشعاع مستمر ويقل نصف قطر مداره وتقل سرعته تدريجيا ويدور فى مدار حلزونى حتى يسقط فى النواة ويتلاشى النظام الذرى وهذا يخالف الحقيقة.

+

نواة

المسار الدائرى

إلكترون

-

تصور رذرفورد

+

-

المسار الحلزونى

التعارض بين رذرفورد وماكسويل

(س) إختار

طبقا لنظرية ماكسويل أثناء حركة الالكترونات حول النواة ............   (دور أول 2008)

(يزداد نصف قطر مدارها تدريجيا- يقل نصف قطرمدارها تدريجيا-يظل نصف قطر مدارها ثابت-تحتفظ بطاقتها )

(ج) يقل نصف قطر مدارها تدريجيا

(س) ما التفسير العلمى للتعارض بين قوانين الميكانيكا الكلاسيكية وتصور راذرفوردفيما يتعلق بحركة الالكترونات حول النواة فى الذرة                                (دور ثان 2000)

قوانين الميكانيكا الكلاسيكية لماكسويل	تصور راذرفورد
أثبت إن الالكترونات ستتحرك فى مدار حلزونى الى ان تسقط فى النواةوذلك لإنها تفقد جزء من طاقتها تدريجيا أثناء دورانها حول النواة	أثبت أن الالكترونات  ستتحرك فى مسار دائرى ثابت حول النواة

(س) قارن بين نموذج ذرة طومسون و نموذج ذرة راذرفورد.

نموذج ذرة طومسون	نموذج ذرة راذرفورد
الذرة عبارة عن كرة مصمتة متجانسة من الكهرباء الموجبة مطمور بداخلها عدد من الالكترونات السالبة بما يجعل الذرة متعادلة كهربيا	الذرة معظمها فراغ تتوسطها نواة موجبة الشحنة مرتفعة الكثافة وتشغل حيزا صغيرا جدا من حجم الذرة

نيلز بور :-

   طور نموذج راذرفودللتركيب الذرى

   وفق بين نموذج راذرفورد ونظرية ماكسويل

   فسر الطيف الخطى لذرة الهيدروجين تفسيرا صحيحا

   أول من أدخل فكرة الكم فى تحديد طاقة الالكترونات فى مستويات الطاقة المختلفة

[7] ذرة بـــــــــــــــــــــــــــــــور:-

دراسة الطيف الذرى وتفسيره ساعد فى حل لغز التركيب الذرى وقد استحق ”بور“ عليه جائزة نوبل.

الطيف الذرى وتفسيره:-

                            "هو المفتاح الذى حل لغز التركيب الذرى"

تعريف طيف الانبعاث:

عبارة عن ضوء عند فحصه بالمطياف نجده مكونا من عدد محدود من الخطوط الملونة.

الحصول على طيف الانبعاث (الطيف الخطى):

يتم الحصول عليه بتسخين الغازات أو أبخرة المواد تحت ضغط منخفض إلى درجات حرارة عالية أو بإمرار شرارة كهربية.

خصائصه:

الطيف الخطى مميز لنوع العنصر مثل بصمة الإصبع حيث يختلف طوله الموجى وتردده من عنصر إلى آخر فلا يوجد عنصران لهما نفس الطيف الخطى.

أهمية دراسة طيف الانبعاث:

·       بدراسة الطيف الخطى لأشعة الشمس وجود أنها تتكون أساساً من الهيليوم والهيدروجين.

·       بدراسة طيف الانبعاث الخطى لذرات الهيدروجين تمكن بور من وضع نموذجه الذرى.

نموذج ذرة بور:-

تمكن ”بور“ من تطوير نموذج ”رذرفورد“ ولم يعامل دوران الإلكترون حول النواة بفروض الديناميكا الكلاسيكية لـ ”نيوتن“ كما فعل ”ماكسويل“.

فروض بور:-

[أ] استخدم بور بعض فروض رذرفورد:-

·                   النواة موجبة الشحنة توجد فى مركز الذرة.

·                   الذرة متعادلة كهربياً.

·                   أثناء دوران الإلكترون حول النواة يخضع لقوة جذب مركزية وقوة طرد مركزية.

[ب] وأضاف بور الفروض التالية:-

·                   تدور الإلكترونات حول النواة حركة سريعة دون أن تفقد أو تكتسب أى قدر من الطاقة.

·        تدور الإلكترونات حول النواة فى عدد من مستويات الطاقة المحددة والثابتةوعددها 7 مستويات طاقة فى الذرة المستقرة

·                   الفراغ بين المستويات منطقة محرمة تماماً لدوران الإلكترونات.

·                   للإلكترون أثناء حركته حول النواة طاقة معينة تتوقف على بعد مستوى طاقته عن النواة وتزداد طاقة المستوى كلما زاد نصف قطره (بعده عن النواة)  وقد عبر عنها بعدد صحيح يسمى عدد الكم الرئيسى

   فى حالة الذرة المستقرة.

                          يبقى الإلكترون فى أقل مستويات الطاقة المتاحة.

   فى حالة الذرة المثارة

·   عندما يكتسب الإلكترون قدراً معيناً من الطاقة ((يسمى كوانتم أو كم)) بواسطة التسخين أو التفريغ الكهربى تصبح الذرة مثارة وينتقل الإلكترون مؤقتاً إلى مستوى طاقة أعلى مناسب لطاقته الجديدة يتوقف على مقدار الكم المكتسب ويكون الالكترون فى حالة عدم إستقرار

·        عندما يفقد الالكترون "كم" من الطاقة فإنه يعود لوضعه الاصلى فاقدا الطاقة التى إكتسبها فى صورة إشعاع من الضوء له طول موجى وتردد مميز ينتج طيفا خطيا مميزهذه الخطوط تدل على المستويات التى ينتقل منها أو إليها الالكترونات

·        تمتص كثير من الذرات كمات مختلفة من الطاقة فى نفس الوقت الذى تشع فيه الكثير من الذرات كمات أخرى من الطاقة ولذلك تنتج خطوط طيفية (تفسير خطوط طيف ذرة الهيدروجين)

الكم ”الكوانتم“:-

هو مقدار الطاقة المكتسبة أو المنطلقة عندما ينتقل إلكترون من مستوى طاقة إلى مستوى طاقة آخر

الذرة المثارة:-                                                                   

                هى ذرة إكتسبت كمية من الطاقة الحرارية أو الكهربية                (أزهر 98)

ملاحظات:-

(1)            تزداد طاقة المستوى بزيادة البعد عن النواة

(2)     الفرق فى الطاقة بين المستويات ليس متساوياً فهو يقل كلما بعدنا عن النواة وبذلك يكون الكم من الطاقة اللازم لنقل الإلكترون بين المستويات المختلفة ليس متساوياً.

(3)     لا يمكن للإلكترون أن يستقر فى أى مسافة بين مستويات الطاقة إنما يقفز قفزات محددة هى أماكن مستويات الطاقة.

(4)            الكم لا يتجزأ ولا يتضاعف ( لا يوجد 2/1 كوانتم أو 2 كوانتم)

(5)            كمية الطاقة المكتسبةأو المفقودة أثناء الإثارة = الفرق فى الطاقة بين المستويات

 لذا إستطاع بور حساب طاقة كل مستوى من مستويات الطاقة السبعة وبالتالى حساب أنصاف أقطار هذه المستويات فوجد أن فرق الطاقة بين كل مستويين ليس ثابت ولكن يقل تدريجيا لذلك نجد أن مستويات الطاقة تقترب من بعضها تدريجياكلما إتجهنا للخارج

مزايا نموذج بور

(1)            تفسير طيف ذرة الهيدروجين تفسيراً صحيحاً.

(2)            إدخال فكرة الكم فى تحديد طاقة الإلكترونات فى مستويات الطاقة المختلفة لأول مرة.

(3)     التوفيق بين رذرفورد وماكسويل حيث أثبت أن الإلكترونات أثناء دورنها حول النواة فى الحالة المستقرة لاتفقدولا تكتسب اى طاقة وبالتالى لن تسقط فى النواة.

عيوب نموذج بور:-

(1)   فشل فى تفسير طيف أى عنصر آخر غير الهيدروجين حتى أنه لم يستطع تفسير طيف ذرة الهيليوم التى تحتوى على إلكترونين.

(2)       اعتبر الإلكترون مجرد جسيم مادى سالب وأنكر أن له خواصاً موجية(تصاحبه موجة عند حركته).

(3)       افترض أنه يمكن تعيين كل من مكان وسرعة الإلكترون بكل دقة فى نفس الوقت وهذه يستحيل عملياً

(4)   إعتبرإن الإلكترون عبارة عن جسيم يدور حول النواة فى مدار دائري ٍ أى أن الذرة مسطحة، وقد ثبت أن الذرة لها الاتجاهات الفراغية الثلاثة.

(5)       إعتبر إن الفراغات بين مستويات الطاقة مناطق محرمة على الالكترون التحرك فيها

(س) إكتب إثنين فقط من أهم عيوب نظرية بور                       (دور ثان 2006)

(س) علل:

          يستحيل عمليا تحديد سرعة ومكان الالكترون معا فى وقت واحد؟

. لأن الجهاز المستخدم فى عملية رصد مكان وسرعة الإلكترون سوف يغير من مكانه أو سرعته

(س) (صح أم خطأ)                                                                 ( دور ثان 2001)

عندما ينتقل الالكترون من مستوى الطاقة (K)الى مستوى الطاقة (M) فإنه يكتسب كمية من الطاقة مقدارها 2 كوانتم

(ج) خطأ    مقدارها واحد كوانتم                    

                                                                                        [8] النظرية الذرية الحديثة

قامت هذه النظرية على وضع تعديلات أساسية على ثلاثة فروض لنموذج بور

                                         

الطبيعة المزدوجة للإلكترون

المعادلة الموجية (شرودنجر)

مبدأ عدم التأكد (هايزنبرج)

 [1] الطبيعة المزدوجة للإلكترون:-

                     للإلكترون طبيعة مزدوجة بمعنى أنه جسيم مادى له خواص موجية.

                     يصاحب حركة أى جسيم مثل الإلكترون أو النواة أو الجزئ حركة موجية تسمى الموجات المادية

الموجات الكهرومغناطيسية	الموجات المادية
1 موجات نتنفصل عن الجسم المصاحب له 2 سرعتها تساوى سرعة الضوء	1 موجات مصاحبة للجسم لا تنفصل عنه 2 سرعتها لا تساوى سرعه الضوء 3 تتوقف بتوقف الجسم

( س) علل:تختلف الموجات المادية المصاحبة للالكترون عن الموجات الكهرومغناطيسية ؟ دور ثان  2001

            ما المقصود بالطبيعة المزدوجة للالكترون                              دور ثان 2006

هايزنبرج :

             توصل باستخدام ميكانيكا الكم الى مبدأعدم التأكد

[2] مبدأ عدم التأكد لـ ”هايزنبرج“

                من المستحيل عمليا تحديد سرعة ومكان الالكترون بمنتهى الدقة فى آن واحد لكن يمكن تحديد احدهم ويبقى الأخر على وجه الاحتمال

( س ) اشرح بإيجاز : مبدأ عدم التأكد لهايزنبرج ؟                           دور أول 2004

شرودنجـــــــــــــــــــــــر          

   تمكن من إيجاد المعادلة الموجية التى يمكن تطبيقها على حركة الألكترونات فى الذرة

   استخدم مصطلح الاوربيتال للتعبير عن احتمال تواجد الالكترون فى منطقة ما فى الفراغ المحيط بالنواة

      [3]المعادلة الموجية لـ ”شرودنجر“

                     " مفهوم الاوربيتال عند شرودنجر "

تمكن شرودنجر بناءاً على أفكار ”بلانك“ و”أينشتين“ و”دى براولى“ و ”هايزنبرج“ من وضع المعادلة الموجية وبحل هذه المعادلة أمكن:-

[أ] إيجاد مستويات الطاقةالمسموح بها وتحديد مناطق الفراغ حول النواة التى يزيد فيها احتمال تواجد الإلكترون أكبر ما يمكن (الأوربيتال).

الاوربيتال :

             هو مصطلح للتعبير عن احتمال تواجد الالكترون فى منطقة ما من الفراغ

وأصبح تعبير السحابة الإلكترونية هو النموذج المقبول لوصف الأوربيتال.

السحابة الإلكترونية:-

هى المنطقة التى يحتمل تواجد الإلكترون فيها فى كل الاتجاهات والأبعاد حول النواة.

( س ) وضح بالرسم البيانى الفرق بين المدار بمفهوم بور والمدار بمفهوم النظرية الموجية ؟

مفهوم الاوربيتال عند شرودنجر	مفهوم المدار عند بور
1 يحتمل تواجد الالكترون فى منطقة ما من الفراغ المحيط بالنواه وهو ما يعبر عنه بالاوربيتال 2 السحابة الالكترونية هى النموذج المقبول لوصف الاوربيتال	1 تدور الالكترونات حول النواة فى مسارات ثابتة محددة تسمى بالمدارات 2 المناطق بين المدارات وبعضها محرمة على الالكترونات

احتمالية وجود الإلكترون

البعد عن النواة

الأوربيتال بمفهوم النظرية الموجية

احتمالية وجود الإلكترون

البعد عن النواة

المدار بمفهوم بور

نق

[ب] تحديد أعداد الكم.

أعداد الكم:-

أعداد تحدد أحجام الحيز من الفراغ الذى يكون احتمال الإلكترونات فيها أكبر ما يمكن (الأوربيتالات) وطاقتها وأشكالها واتجاهاتها الفراغية بالنسبة لمحاور الذرة

وتشمل أربعة أعداد هى:-

1- عدد الكم الرئيسى (n)                        2- عدد الكم الثانوى (l)

3- عدد الكم المغناطيسى (m)                           4- عدد الكم المغزلى (m_s)

عدد الكم الرئيسى (n):-

[1] يستخدم فى تحديد:-

(أ‌)   رقم مستويات الطاقة الرئيسية.

            (ب)عدد الإلكترونات التى يتشبع بها كل مستوى رئيسى وهو يساوى 2n²

[2] عدد صحيح ويأخذ القيم 1، 2، 3، 4، ……

[3] لا يأخذ قيمة الصفر أو قيم غير صحيحة.

ملاحظات: عدد مستويات الطاقة فى أقل الذرات المعروفة وهى فى الحالة المستقرة سبع مستويات وهى:-

K	L	M	N	O	P	Q
1	2	3	4	5	6	7

·   ولا تنطبق العلاقة 2n² على المستويات بعد الرابع حيث تصبح الذرة غير مستقرة إذا زاد عدد الإلكترونات بمستوى طاقة عن 32 إلكترون.

المستوى الأساسى	الرقم (n)	عدد الإلكترونات التى يتشبع بها (2n2)
K	1	2 × 1 2 = 2
L	2	2 × 2 2 = 8
M	3	2 × 3 2 = 18
N	4	2 × 4 2 = 32

(س) علل :

1)عدد الكم الرئيسى دائما عدد صحيح لا يمكن ان يكون صفر او كسر ؟     (أزهر 99 )

     لأنه يحدد ترتيب كل مستوى طاقة رئيسى فى الذرة .

2) لا تنطبق العلاقة 2n² إلا على المستويات الاربعة الاولى ؟

    لأنه إذا زادت اللإلكترونات عن 32 إلكترون فإن قوة التنافر تزداد وتصبح الذرة غير      مستقرة

(س) إختار

1) مستوى الطاقة الثالث "M"يتشبع بعدد من الالكترونات يساوى (18-8-32-50 )

            18                                                       دور أول  ( 2000)

2) العدد الذى يحدد مستويات الطاقة الرئيسية هو عدد الكم  ( المغناطيسى – الثانوى – الرئيسى – المغزلى )                                            دور ثان (2000)

عدد الكم الثانوى (l):-

" هو عدد يحدد عدد االمستويات الفرعية الموجودة داخل كل مستوى رئيسى "

 إكتشف العالم " سمرفيلد " عند إستخدامه لمطياف له قدرة عالية على التحليل إن الخط الطيفى الواحد هو عبارة عن عدد من الخطوط الطيفية الدقيقة .

           "وهذا يعنى ان كل مستوى رئيسى يحتوى على مستويات فرعية "

مستوى فرعى

مستوى فرعى

مستوى فرعى

مستوى فرعى

مستوى رئيسى

مستوى رئيسى

مميزات عدد الكم الثانوى :-

·       يحدد عدد المستويات الفرعية.

·       كل مستوى رئيسى يتكون من عدد مساو لرقمه من المستويات الفرعية              ( n=l)

·       تأخذ المستويات الفرعية الرموز (f, d, p, s)

المستوى الأساسى	الرقم (n)	عدد المستويات الفرعية
K	1	1s
L	2	2s, 2p
M	3	3s, 3p, 3d
N	4	4s, 4p, 4d, 4f

·       تختلف المستويات الفرعية لنفس المستوى الرئيسى عن بعضها البعض فى الطاقة اختلافاً بسيطاً (f > d > p > s)    

·       تختلف طاقة المستويات الفرعية تبعاً لبعدها عن النواة (4s > 3s > 2s > 1s)

·       لا يزيد عدد المستويات الفرعية عن 4 مستويات.

(س) قارن بين :                                                           ( دور ثان  96)

                عدد الكم الرئيسى وعدد الكم الثانوى .

عدد الكم الرئيسى(n)	عدد الكم الثانوى (l)
1)    يرمز له بالرمز (n) 2)    اكتشفه العالم بور 3)  تأخذ مستوياته الرموزK,L,M,N,O,P,Q, 4)    يستخدم فى تحديد : §   رتبة مستويات الطاقة الرئيسية وعددها §   عدد الالكترونات التى يتشبع بها كل مستوى رئيسى 5)ترتبت مستويات الطاقة الرئيسية من حيث الطاقة كالأتى : K<L<M<N<O<P<Q      6)هناك فرق كبير فى الطاقة بين كل مستويين رئيسيين	1) يرمز له بالرمز (l) 2) إكتشفه العالم سمرفيلد 3)تأخذ مستوياته الرموز s,p,d,f 4)يستخدم فى تحديد : §   مستويات الطاقة الفرعية وعددها فى كل مستوى طاقة رئيسى 5)ترتبت مستويات الطاقة الفرعية من حيث الطاقة كالأتى : S<p<d<f                   6)هناك فرق صغير فى الطاقة بين كل مستويين فرعيين

                      

عدد الكم المغناطيسى (m):-

"هو عدد يحدد عدد الاوربيتالات الموجودة داخل كل مستوى فرعى وأشكالها وإتجاهاتها الفراغية"

[1] يستخدم فى تحديد:-

·       عدد أوربيتالات كل مستوى فرعى (أعداد فردية)

المستوى الفرعى	s	p	d	f
عدد الأوربيتالات	1	3	5	7
عدد الإلكترونات	2	6	10	14

·      

x

y

z

الاتجاه الفراغى للأوربيتالات.

-              [s] أوربيتال واحد كروى متماثل حول النواة.

-              [p] ثلاثة أوربيتالات متعامدة [p_x, p_y, p_z].

حيث تأخذ الكثافة الإلكترونية لكل أوربيتال منها شكل كمثرتين متقابلتين عند الرأس فى نقطة تنعدم عندها الكثافة الإلكترونية.

x

y

z

x

y

z

x

y

z

x

y

z

عدد الاوربيتالات الموجودة فى اى مستوى طاقة رئيسى = n²

عدد الكم المغزلى (m_s):-

هو عدد يحدد نوع الحركة المغزلية للإلكترون حول محوره( نفسه)

يستخدم فى تحديد:-

نوعية حركة الإلكترون المغزلية فى الأوربيتال فى اتجاه عقارب الساعة () أو عكسها ( ).

·       لا يتسع أى أوربيتال لأكثر من 2 إلكترون [E].

·       لكل إلكترون حركتان {حركة حول محوره [مغزلية] – حركة حول النواة [دورانية]}

·   لا يتنافر الإلكترونان فى الأوربيتال الواحد؛ نتيجة لدوران الإلكترون حول محوره يتكون له مجال مغناطيسى فى اتجاه عكس اتجاه المجال المغناطيسى للإلكترون الثانى [E] وبذلك تقل قوى التنافر بين الإلكترونيين.

h

ملحوظة هامة :

   أقصى عدد من الالكترونات يتشبع بها مستوى طاقة 14 الكترون .

   لا يوجد الكترونين فى ذرة واحدة لهما نفس اعداد الكم الاربعة

 المستويات الفرعية الموجودة فى مستوى رئيسى واحد تختلف فى طاقتها بينما اوربيتالات المستوى الفرعى الواحد تتساوى فى طاقتها

العلاقة بين رقم المستوى الأساسى والمستويات الفرعية وعدد الأوربيتالات

المستوى الرئيسى	رقم المستوى (n)	عدد المستويات الفرعية n = l	عدد الأوربيتالات n2 = m	عدد الإلكترونات 2n2
K	1	1s	1	2
L	2	2s, 2p	4	8
M	3	3s, 3p, 3d	9	18
N	4	4s, 4p, 4d, 4f	16	32

(س) قارن بين عدد الكم المغناطيسى وعدد الكم المغزلى .

عدد الكم المغناطيسى	عدد الكم المغزلى
يرمز له بالرمز (m) يستخدم فى تحديد: عدد الاوربيتالات لكل مستوى فرعى الاتجاهات الفراغية للاوربيتالات	يرمز له بالرمز (ms) يستخدم فى تحديد : نوعية حركة الالكترون المغزلية فى الاوربيتال مع أو ضد اتجاه عقارب الساعة

)س)قارن بين المستوى الفرعى (s) والمستوى الفرعى (p).

المستوى الفرعى (s)	المستوى الفرعى (p)
يحتوى على اوربيتال واحد شكله كروى متماثل حول النواة يتشبع ب 2 الكترون	يحتوى على 3 اوربيتالات متعامدة كل منها على شكل كمثريتين متقابلتين عند الرأس يتشبع ب 6 الكترون

قواعد توزيع الإلكترونات فى مستويات الطاقة

يتم توزيع الإلكترونات على أساسين هما

مبدأ البناء التصاعدى

قاعدة هوند

مبدأ البناء التصاعدى:-

لابد للإلكترونات أن تملأ المستويات الفرعية ذات الطاقة المنخفضة أولاً ثم المستويات الفرعية ذات الطاقة الأعلى.

رسم يوضح طريقة ملء مستويات الطاقة الفرعية

أس / أس /بس / بس /دبس / دبس / فدبس / فدب

			1s
2p			2s
3p			3s
4p	3d		4s
5p	4d		5s
6p	5d	4f	6s
7p	6d	5f	7s

أمثلة على توزيع الإلكترونات فى المستويات المختلفة:

العنصر	توزيع الإلكترونات فى المستويات الفرعية	توزيع الإلكترونات فى المستويات الرئيسية
		K	L	M	N	O
1H	1s1	1
3Li	1s2 – 2s1	2	1
7N	1s2 – 2s2 – 2p3	2	5
11Na	1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s1	2	8	1
19K	1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 – 4s1	2	8	8	1
26Fe	1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 – 4s2 – 3d6	2	8	14	2
20Ca	1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 – 4s2	2	8	8	2

قاعدة هوند:-

 "لا يحدث ازدواج لإلكترونين فى مستوى طاقة فرعى معين إلا بعد أن تشغل أوربيتالاته فرادى أولاً

           لأن ذلك أفضل له من جهة الطاقة "

px py py 2p h h h 2s E 1s E

     أمثلة:-

7N	1s2 – 2s2 – 2p3

px py py 2p E h h 2s E 1s E

8O	1s2 – 2s2 – 2p4

·   فى ذرة ₈O يفضل الإلكترون الرابع أن يزدوج مع إلكترون آخر فى نفس المستوى الفرعى عن الدخول فى أوربيتال مستقل فى المستوى الفرعى التالى لأن طاقة التنافر بين الإلكترونين عند الازدواج أقل من الطاقة اللازمة لنقل الإلكترون من مستوى فرعى إلى مستوى فرعى آخر.

·       غزل الإلكترونات المفردة يكون فى اتجاه واحد لأن هذا الوضع يعطى الذرة أكبر قدر من الاستقرار.

(س) علل :

1) يفضل الالكترون ان يزدوج مع أخر فى اوربيتال واحد عن أن ينتقل إلى مستوى اعلى ؟

لإن ذلك أفضل من جهة الطاقة حيث أن طاقة التنافر الناشئة من إزدواج الالكترونين اقل من الطاقة اللازمة لإنتقال الالكترون إلى مستوى طاقة أعلى.

2) الكترونا الاوربيتال الواحد دورانهما الذاتى متضاد الاتجاه؟

حتى يتولد حولهما مجالين مغناطيسين مختلفين يحدث بينهما تجاذب يقلل من طاقة التنافر الناشئة عن الشحنة السالبة.

3) تملأ اوربيتالات المستوى الفرعى بالكترونات مفردة اولا ؟

لأنه أفضل من جهة الطاقة لأن ازدواج الالكترونين فى اوربيتال واحد ينشأ عنه طاقة تنافر تؤدى الى زيادة طاقة الذرة وتقليل إستقرارها .

4)الكترونات المستوى الفرعى المفردة غزلهم فى إتجاه واحد؟

لأن هذا الوضع يعطى الذرة أقصى حالات الاستقرار.

5)يتشبع المستوى الفرعى P بستة الكترونات؟

لأن المستوى الفرعى P يحتوى على ثلاث اوربيتالات يتشبع كلا منها ب 2 الكترون

عدد الكترونات المستوى الفرعى P =2*3=6

6)يمتلئ المستوى الفرعى s4بالالكترونات قبل المستوى الفرعى d3 ؟

لأنه اقل فى الطاقة