ما هي الذرة المثارة؟ تعرف الذرة بأنها أصغر مادة يمكن الحصول عليها عند فصلها عن المادة. إنه محايد. إذا تحطمت الذرة، فإن أجزائها المختلفة تصبح مشحونة. الذرة هي أيضًا حجر الزاوية في الكيمياء. هو أصغر عنصر في المادة يمكن أن يظهر خواصًا كيميائية.
مكونات الذرة
- عندما تنظر عن كثب إلى ذرة، يمكنك تحديد تركيبها من البروتونات الموجبة الشحنة، والنيوترونات المحايدة، والإلكترونات سالبة الشحنة – نوع العنصر الذي يحدد كمية كل عنصر.
- عادة ما تكون معظم الذرة في فراغ، يوجد بالداخل سحابة من الإلكترونات، ومقارنة بحجم الذرة بأكملها، فهي تدور حول مساحة صغيرة، وهذا الفضاء يسمى النواة.
- وهي تحتوي على بروتونات ونيوترونات، لذا فهي موجبة الشحنة، كتلة الإلكترون أصغر من كتلة النواة.
- لأنه أخف جسيم موجود في الطبيعة، ولأن النواة مشحونة إيجابياً والإلكترونات التي تدور حولها مشحونة سالبة، فهذا يعني أن هناك تبادل لشدة المجال الكهربائي بين النواة والإلكترونات، مما يجذب 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 العدد الذري. رقم الشيء
- وهذا أيضًا هو سبب ترتيب العناصر في الجدول الدوري، فحتى نهاية القرن العشرين، اعتقد الناس دائمًا أن البروتونات هي جسيمات أولية.
- أي أنه 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 ضعف كتلة الإلكترون. تسمى البروتونات والنيوترونات بالنيوكليونات. لأنها محصورة في مساحة ضيقة كثيفة تشكل 99.9٪ من كتلة الذرة، فإنها تسمى نوى.
- مثل البروتونات، كان علماء فيزياء الجسيمات يعتبرون النيوترونات جسيمًا أساسيًا حتى نهاية القرن الماضي، ومثل البروتونات، تعتبر 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 والجسيمات الإيجابية 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 لعدم وجود مكونات بداخلها، ولا يمكن تقسيمها، ولا توجد إلكترونات أخف في الذرة.
- كتلة الإلكترون هي 9.10938356 × 10-31 كجم.
- لا تحسب هذه الكتلة عند حساب الكتلة الذرية لأنها صغيرة جدًا. تم اكتشاف الإلكترونات بواسطة J.
- تتواجد الإلكترونات حول النواة وتتوزع في مستويات طاقة مختلفة، وعندما تُزال الإلكترونات من مداراتها حول النواة، تتأين الذرات، وتسمى أيونات.
- في حالة علماء الجسيمات، يمكن أن توجد الإلكترونات بحرية مع الأيونات، وفي حالة الأيونات، تنتمي الإلكترونات إلى مجموعة الفرميون ويتم وصف سلوكها بواسطة ترقيم ديراك-فيرمي.
النموذج الذري
- تتكون معظم المادة من جزيئات، ومن السهل نسبيًا فصل هذه الجسيمات، وتتكون الجزيئات من ذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية.
- من الصعب التمييز بينهما، وكل ذرة مكونة من إلكترونات ونواة، وهذه الإلكترونات والنواة متصلتان كهربائياً، لذا فهي تلتصق ببعضها البعض.
- لفصلها عن بعضها البعض، من الضروري 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 لأن إنتاجها يتطلب الكثير من الطاقة، ووقتًا قصيرًا فقط حتى تتحلل الجسيمات الأخرى الأكثر استقرارًا.
الخصائص الأساسية للذرات
- العدد الذري. العدد الذري هو أحد أهم خصائص الذرة، ويمثل 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 ولكنه لا يؤثر على خواصها الكيميائية.
- على سبيل المثال، سيكون لذرة الكربون التي تحتوي على 6 بروتونات و 6 نيوترونات نفس الخصائص الكيميائية مثل الكربون الذي يحتوي على 6 بروتونات و 8 نيوترونات.
- يكمن الاختلاف في كتلة النظيرين فقط، بينما يمثل العدد الكتلي مجموع عدد البروتونات والنيوترونات.
ذرة مشكلة
- في الفيزياء الذرية، الحالة المثارة هي حالة النظام الكمي (مثل الذرة أو الجزيء أو النواة) حيث تكون طاقة النظام أعلى من الحالة الأساسية.
- على سبيل المثال، تتمتع ذرة مثل ذرة الهيدروجين بميزة أن الإلكترون يدخل مدارًا عند مستوى طاقة كمي معين، وعادةً ما يستقر في مستوى كمي يسمى حالة الأرض حيث تكون طاقته هي الحد الأدنى المطلق.
- إذا امتص الإلكترون فوتونًا من الخارج، فقد تكون طاقة الفوتون الممتص كافية للإلكترون لترك مستوى طاقته الكمومية والارتفاع إلى مستوى طاقة أعلى، وتسمى حالة الذرة حالة مثارة.
- في حالة الإثارة، لا يمكن للإلكترون البقاء في حالة الإثارة لفترة طويلة، لذلك فإن الإلكترون سيطلق طاقته الزائدة بسرعة إلى الخارج في شكل فوتونات (مثل الإشعاع الضوئي) ويسقط في حالة ثابتة.
الاستقرار والمتانة
- إذا تم اعتباره نظامًا فيزيائيًا معزولًا، فوفقًا لما نراه في الطبيعة، فإنه يميل إلى تقليل طاقته إلى الحد الأدنى. تشرح ميكانيكا الكم هذه الخاصية عن طريق تغيير مستويات الطاقة الكمومية، ويمكن للنظام إطلاق أحدها. .
- لذلك، عادة ما تكون الحالة المثارة غير مستقرة، ولكنها مرتبطة بمدة الحالة المثارة.
- بمعنى أنه يمكن القول بأن العمر يشير إلى احتمال اضمحلال النظام في ثانية واحدة بعد الانتقال من حالة الإثارة إلى حالة الإثارة الأقل أو إلى حالة لانهائية.
- يمكن أن يكون العمر جزءًا من الثانية (حزمة من الانبعاثات)، أو يمكن أن يكون تحلل بيتا وغاما على مدى آلاف السنين.
كيفية إثارة الإلكترونات في الذرة
- امتصاص الفوتونات. يمكنك إثارة الإلكترونات ونقلها إلى مستويات طاقة أعلى عن طريق امتصاص فوتونات ذات أطوال موجية محددة تتناسب مع مستوى الطاقة التي يتم نقلها.
- لكن على الإلكترونات أن تمتص فوتونات ذات أطوال موجية معينة، فهي ليست سوى طاقة مستوى طاقة، فعندما يثير الإلكترون نفس الفوتون بنفس الطول الموجي، فإنه ينخفض إلى مستوى طاقة أقل.
- تصادم. يمكن أن يتسبب الاصطدام بين عنصر وإلكترون في انتقال الإلكترون بين مستويات الطاقة المنخفضة والعالية، عادةً بسبب الطاقة الحركية بين الذرات المتصادمة.
- لذلك فهو يتحرك نحو الإلكترونات ويثيرها للانتقال إلى مستوى طاقة آخر، في الواقع يمكن أن يتسبب في طرد الإلكترونات تمامًا من الذرة، وهذا التأثير يسمى “تأثير الالتقاط”.
- ولكن من أجل حدوث إثارة تؤدي إلى انتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة المختلفة، يجب الوصول إلى مستوى طاقة، طاقة معينة مقابلة تتناسب مع الطاقة التي سيصدرها الإلكترون.
- استخدام درجة الحرارة لتحفيز الاصطدام بين العناصر والإلكترونات.
أهمية تعزيز الإثارة في الإلكترونات
- تساعد عملية إثارة الإلكترونات داخل الذرات في 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 الأوسع لهذه الجسيمات الدقيقة وتطبيقاتها في الحياة.
طيف الانبعاث الذري
- عندما يتم تسخين مادة ما إلى درجة حرارة عالية، فإنها تصدر ضوءًا وتنبعث منها طيفًا مستمرًا.
- عندما يفحص مطياف (محلل ضوئي) طيفًا مستمرًا، يطلق عليه مطياف.
- 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 مع شرارة كهربائية سوف يتوهج.
- عند فحصه باستخدام مطياف، نجد أنه يتكون من عدد محدود من الخطوط الملونة (تسمى مخطط الطيف الخطي).
طيف الخط
- طيف الخط. “يشير إلى عدد محدد من الخطوط الملونة الناتجة عن تسخين غاز منخفض الضغط إلى درجة حرارة عالية.”
- الطيف الخطي لأي عنصر هو السمة الرئيسية له لأنه لا يوجد عنصرين لهما نفس طيف الخط.
- هذا يشبه بصمة الإصبع التي يمكن أن تفرق بين أي شخص.
- من خلال دراسة الطيف الخطي لأشعة الشمس، وجد أنه يتكون أساسًا من الهيدروجين والهيليوم.
- من خلال دراسة طيف الانبعاث الخطي لذرات الهيدروجين، تمكن بور من بناء نموذجه الذري.
نموذج بوهر للنموذج الإلكتروستاتيكي للتركيب الذري
- كان بور قادرًا على تطوير نموذج رذرفورد للتركيب الذري.
- لا يتناسب مدار الإلكترونات حول النواة مع افتراضات نيوتن الديناميكية الكلاسيكية كما فعل ماكسويل.
- قاده هذا إلى حقيقة أن الإلكترونات تشع باستمرار أثناء دورانها حول النواة، مما تسبب في انهيار الذرة.
واجب البرج
استخدم بور افتراضات رذرفورد حول بنية الذرة، 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.
- إنها تساوي 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 ومحددة
- المسافة بين مستويات الطاقة هذه منطقة ممنوعة تمامًا بواسطة دوران الإلكترون.
- تمتلك الإلكترونات التي تتحرك حول النواة قدرًا معينًا من الطاقة، والتي تتوقف على مسافة من مستوى طاقة الذرة وتزداد مع نصف القطر.
- استخدم عددًا صحيحًا يسمى عددًا كميًا أساسيًا لتمثيل طاقة كل مستوى. يأخذ العدد الصحيح رقمًا (1 → 7) أو رمزًا (K، L، M، N، O، P، Q).
- مستقر. “إنها الحالة الأقل طاقة والأكثر استقرارًا لذرة أو جزيء أو أيون.”
- هذه هي أقل طاقة متاحة للإلكترونات المتبقية.
- حالة حماس. حالة تكتسب فيها الإلكترونات قدرًا معينًا من الطاقة عن طريق 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 قريبًا إلى مستواه الأصلي.
- ستفقد الطاقة المكتسبة وتعود إلى مستواها الأصلي.
- تأتي هذه الطاقة في شكل إشعاع ضوئي بأطوال موجية وترددات مختلفة وتنتج أطياف خطية مختلفة.
في مقال اليوم، ناقشنا ماهية الذرة المثارة. تحدثنا أيضًا عن الذرة ككل والبروتونات والنيوترونات والإلكترونات سالبة الشحنة وكذلك الطيف الذري وكيفية الحصول عليه لفهم هذا الموضوع تمامًا. جوانب منه.