تنتج عن إزاحة الكثافة الإلكترونية في السحابة الإلكترونية وهي خاصية من خصائص الذرة
تعد هذه الخاصية من أهم الاكتشافات الحديثة في علوم الفيزياء، وكما نعرف أن علم الفيزياء من أهم العلوم التي نقوم بدراستها بوجه عام والتعمق فيها بشكل خاص، لما تشتمل عليه من الكثير من الموضوعات والدراسات والأبحاث العلمية والتي تم توثيقها من الكثير من العلماء، وفيما يلي سوف نعرض بعض المعلومات حول خاصية إزاحة الكثافة الإلكترونية في السحابة الإلكترونية وما ينتج عنها فيما يلي:
- تتشكل قوة تجاذب بين العناصر الكيميائية عن طريق إزاحة أو نقل الكثافة الإلكترونية.
- وتسمى هذه الخاصية في اللغة الإنجليزية باسم (Electron Density)، وتعني الكثافة الإلكترونية.
- ويعبر هذا المصطلح الفيزيائي عن قياس احتمال وجود الإلكترون في مكان معين، في حين أن السحابة الإلكترونية هي عبارة عن حيز من الفراغ السالب الشحنة والذي يحمل طاقة معين.
- يرتبط هذا المفهوم بالمدار الذري، وهي في الواقع عبارة عن دالة رياضية تقوم بوصف حركة الإلكترونات في الذرة.
تعريف الإلكترون
ونظراً لما سبق ذكره عن الإلكترون ودوره في هذه الخاصية، سوف نقوم بشرح معنى الإلكترون وما يحتوي عليه من جزيئات أو غير ذلك، لذا ما هو الإلكترون وعلام يدل، وهذا ما سوف في الفقرة القادمة.
- يدعى مصطلح الإلكترون في اللغة الإنجليزية باسم (Electron).
- هو عبارة عن أحد مكونات الذرة، ويتميز بشحنته السالبة، ويوجد محيطاً بالنواة.
- يتميز الإلكترون عن غيره من مكونات الذرة سواء كانت من البروتونات أو النيوترونات، فهو يمتميز بكتلته الصغيرة.
- يعود الفضل لاكتشاف الإلكترون إلى العالم البريطاني ثومبسون وذلك في عام 1897م، على الرغم من أشار العديد من العلماء وتنبئوا بوجود الإلكترون.
- تعد الإلكترونات هي سر توصيل التيار الكهربائي في المواد الصلبة.
تعريف السحابة الإلكترونية في الذرة
وفيما يلي سوف نقوم بتعريف وشرح السحابة الإلكترونية في الذرة وهي على النحو الآتي:
- تم ظهور استخدام مصطلح السحابة الإلكترونية لأول مرة في عام 1925م، عندما كان كلاً من إروين شرودنجر وفيرنر هايزنبرغ يبحثان عن طريقة لوصف عدم اليقين في موع الإلكترونات في الذرة.
- تعد السحابة الإلكترونية هي منطقة الشحنة السالبة المحيطة بنواة الذرة، والتي تكون مرتبطة بالمدار الذري، كما يتم تعريفه رياضياً على أنه يصف منطقة ذات احتمالية عالية لاحتواء الإلكترونات.
- هناك بعض المناطق في نموذج السحابة الإلكترونية من الممكن أن يوجد فيها إلكترون على الأغلب، ولكن من الممكن نظرياً أن يوجد في أي مكان، بما في ذلك النواة.
- هناك اختلاف بين نموذج السحابة الإلكترونية ونموذج بور والتي يعد أكثر بساطة منه، حيث تدور الإلكترونات حول النواة بنفس الطريقة التي تدور بها الكواكب حول الشمس.
- يتم استخدام نموذج السحابة الإلكترونية من قبل الكيميائيون وذلك لرسم خريطة المدارات الذرية للإلكترونات، هذه الخرائط الاحتمالية ليست كلها بالشكل الكروي، كما تساعد أشكالهم في التنبؤ بالاتجاهات التي تظهر في الجدول الدوري.
نموذج السحابة الإلكترونية
يعتبر نموذج السحابة الإلكترونية في الوقت الحالي من أكثر النماذج تعقيداً وقبولاً على نطاق واسع للذرة.
- أنه يقدم تعريفاً مختلفاً لحركة الإلكترونات حول النواة، على الرغم من احتفاظه بمفهوم النواة من نماذج بور وروذرفورد.
- يتم حديد حركة الإلكترونات حول النواة في هذا النموذج عن طريق المناطق التي يوجد فيها احتمال أكبر ليتم العثور على الإلكترون في أي لحظة.
- يتم ارتباط مناطق الاحتمالية هذه حول النواة بعدد من مستويات طاقة معينة، كما أنها تأخذ مجموعة متنوعة من الأشكال الفردية مع زيادة الإلكترونات.
ما هو الاوربيتال
سمكن تفسير الاوربيتال من خلال ما يلي:
- من الممكن يتم تحديد المدارات الذرية عن طريق مجموعة من الأرقام والحروف التي تشمل على خصائص معينة للإلكترونات المرتبطة بالمدارات، فمثلاً: 1s، 2p، 3d، 4f.
- تشير الأرقام في الفقرة السابقة والتي تسمى أرقام الكم الرئيسية، إلى مستويات الطاقة والمسافة النسبية أيضاً.
- يحتل الإلكترون 1 ثانية مستوى الطاقة الأقرب للنواة، ويقضي الإلكترون 2 ثانية، وهو يعتبر أقل ارتباطاً بقوة، حيث معظم وقته بعيداً عن النواة، كما تشير الأحرف s، p، d، f إلى شكل المدار، حيث يكون الشكل ناتج عن حجم الزخم الزاوي للإكترون والناتج عن حركته.
- ويعد المدار s هو مركزه في النواة، ولذلك فإن إلكترون 1s يكون محصوراً بالكامل تقريباً في منطقة ذات الشكل الكروي قريبة من النواة، ويقتصر إلكترون 2s على كرة أكبر إلى حد ما.
- ويعتبر المدار p له الشكل التقريبي لزوج من الفصوص على جانبي النواة، والإلكترون في هذا المدار لديه احتمال مساوياً لكونه في النصف أكال المدارات الأخرى الأكثر تعقيداً.
- تم استخدام الأحرف (f وd وp وs) في الأصل من أجل تصنيف الأطياف بشكل وصفي إلى سلسة تسمى حادة، ومنتشرة ، وأساسية قبل معرفة العرقة بين الأطياف وتكوين الإلكترون الذري.
نموذج بور
وفيما يلي سوف نعرض بعض المعلومات التي تخص نموذج بور على النحو التالي:
- قام بوصف بنية الذرات، وبالأخص هيكل الهيدروجين، حيث قام العالم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور باقتراحه في عام 1913م، وكان نموذج بور في الذرة هو خروج جذري عن الأوصاف الكلاسيكية السابقة.
- يعتبر نموذج بور أول نموذج يتضمن نظرية الكم وكان سلفاً لنماذج ميكانيكا الكام كاملاً.
- يقوم نموذج بور بوصف خصائص الإلكترونات الذرية من حيث مجموعة من القيم المسموح بها أو الممكنة، حيث تمتص الذرات أو تنبعث منها الإشعاعات فقط، وذلك عندما تقفز الإلكترونات فجأة بين الحالات المسموح بها أو الثابتة.
- ومن خلال العالمين الفيزيائين المولودين في ألمانيا وهما جيمس فرانك وجوستاف هيرتز تم الحصول علة دليل تجريبي مباشر لوجود مثل هذه الحالات المنفصلة وذلك في عام 1914م.
- قام بور بتفسير سلسلة الأطوال الموجية المنفصلة في طيف انبعاث الهيدروجين، واقترح أن الضوء يشع عن طريق ذرات الهيدروجين فقط، وذلك عندما ينتقل الإلكترون من مدار خارجي إلى مدار قريب من النواة.
حركة الإلكترونات حول النواة
كما سبقنا بالذكر في الفقرات السابقة، ومن خلال تعريف الإلكترون، تم استنتاج أن لإلكترون يدور حول النواة وذلك يرجع إلى جاذبية الجسيمات التي تتكون منها النواة، وهذا يختلف من حيث الشحنة، وذلك يسمح بتوزيع الإلكترونات في مدارات حول النواة، فيسمح هذا بتثبيتها على مسافة معينة.
- تتشكل الإلكترونات ساحبة سالبة الشحنة، ومن الجدير الإشارة له هنا أن التوزيع الإلكتروني لكل ذرة يتم تحديد حجم الذرة وخصائصها الكيميائية بحيث من المكن تصنيفها إلى باقي العناصر الكيميائية في الجدول الدوري للعناصر.
عدد الإلكترونات في المدار
بعد ما سبق وشرحنا الخاصية التي تنتج عن التحول في كثافة الإلكترون في صحابة الإلكترون، حيث يممكن تحديد توزيع الإلكترونات علة مستوى كل ذرة على مستوى مدارات متعددة.
- حيث يرجع ما سبق إلى حجم الفراغ والسحابة للإلكترونات، وتمدد كل مدار داخل أربعة مدارات رئيسية مختلفة لإلكترون.
- يتم الرمز لهذه المدارات بأحرف لاتينية وهي (s- p- f- d)، حيث يحتوي كل مدار رئيسي على مستويات ثانوية، والتي من الممكن أن تحتوي على أكثر من إلكترونين تآكل.
