الذرة وميكانيك نيوتن
1- حدود ميكانيك نيوتن .
1-1: قانون نيوتن : التأثير البيني التجاذبي (نيوتن 1687م Newton )
جسمان نقطيان
A
و
B
كتلتاهما
m
A
و
m
B
يطبق الواحد منهما على الآخر قوة تجاذب كوني اتجاهها هو المستقيم المار من
A
و
B
، و منحاها نحو الجسم المؤثر ، و شدتها تساوي:
. مع
G
: ثابتة التجاذب الكوني
G =6,67.10
-1
N.m
2
.kg
-2
.
2 -1 قانون كولوم: التأثير البيني الكهرساكن (كولوم 1785م Coulomb )
جسمان نقطيان A و B شحنتاهما q A و q B يطبق كل منهما
على الآخر قوة تجاذب أو تنافر اتجاهها هو المستقيم المار من A و B ، و منحاها يتعلق بإشارتي q A و q B ، و شدتها
تساوي :
. مع
، حيث
هي ثابتة العزل في الفراغ
k= 9.10
9
N.m
2
.C
-2
مع
q
A
.q
B
>0
نبين أن التأثير البيني التجاذبي في الذرة مهمل أمام التأثير البني الكهرساكن.
.
3 -1: النموذج الكوكبي للذرة .
اقترح رذرفورد نموذجا كوكبيا للذرة ، شبه فيه النواة بكوكب و الإلكترونات بأقمار هذا الكوكب .
لتعبيري قوة التأثير البيني التجاذبي و قوة التأثير البيني الكهرساكن نفس الشكل ، و رغم ذلك فبنيات المجموعات الناتجة عن هذه القوى مختلفة.
4 -1: حدود ميكانيك نيوتن.
عجزت ميكانيك نيوتن في تفسير بعض الظواهر في مجال الذرة.
- بالنسبة لمجموعة كوكبية ، يمكن لشعاع مسار قمر اصطناعي مثلا أن يأخذ جميع القيم الممكنة.
- بالنسبة لمجموعة ذرية : إذا تخيلنا أن إلكترون ذرة الهيدروجين في حركة دائرية منتظمة حول النواة ، فإنه حسب ميكانيك نيوتن ، يمكن لشعاع مدار الإلكترون أن يأخذ جميع القيم الممكنة. و هذا يعني أن ذرة الهيدروجين يمكن أن تكون لها أحجام مختلفة ، و هذا غير ممكن .
" جميع ذرات نظير عنصر كيميائي لها نفس المميزات، الشيء الذي تعجز ميكانيك نيوتن عن تفسيره"
2- تكمية التبادلات الطاقية.
الطاقة المتبادلة E éch بين المادة وإشعاع ضوئي لا يمكنها أتأخذ إلا قيما محددة ومنفصلة. نقول إن هذه الطاقة المتبادلة " مكماة" E éch =E 2 -E 1 .
1-2: نموذج الفوتون.
تتكون موجة كهر مغنطيسية ترددها
، و طول موجتها في الفراغ
من فوتونات .
" الفوتون " دقيقة غير مادية، ليس لها كتلة و لا شحنة . تنتقل في الفراغ بسرعة الضوء : C=3.10 8 m.s -1
طاقة كل فوتون هي:
.
: تردد الموجة ب
(Hz)
.
: طول الموجة ب
(m)
.
H : ثابتة بلانك / h=6,626.10 -34 J.s .
يعبر عن طاقة الفوتون ب
(eV)
1eV=1,6.10
-19
J
2-2: موضوعات بوهر Bohr .
* تغيرات الطاقة لذرة تغيرات مكماة.
* لا يمكن أن توجد الذرة إلا في حالات طاقية معينة يتميز كل منها بمستوى طاقي.
* يتم انبعاث فوتون تردده
عندما تنتقل الذرة من مستوى طاقي
E
P
إلى آخر
E
n
أقل.
بحيث :
.
3- تكمية مستويات الطاقة.
1-3: طاقة ذرة الهيدروجين.
أدت الدراسات النظرية في الميكانيك الكمية إلى التعبير عن طاقة ذرة الهيدروجين بالعلاقة :
ب
(eV)
n
: العدد الكمي الرئيسي
.
E 0 =13,6 eV
n=1 * : E 1 = - E 0 = -13,6 eV ؛ طاقة الحالة الأساسية ، و هي الحالة الأكثر استقرارا لذرة الهيدروجين .
* n>1 : -E 0 <E n <0 ؛ ذرة الهيدروجين في حالة الإثارة.
*
:
؛ حالة تأين ذرة الهيدروجين.
2-3: تكمية مستويات الطاقة في الجزيئات.
تتكون الجزيئة من ذرات في تأثير بيني ، مما يكثر من عدد مستويات الطاقة و يوسعها.
الطاقة في الجريئات مكماة أيضا. و تتعلق بالإلكترونات ، و باهتزازات الجزيئة حول مركز الكتلة ، و بدورانها.
3- 3 : تكمية مستويات الطاقة في النواة .
طاقة النواة مكماة أيضا ، يمكن للنواة أن تنتقل من مستوى طاقي إلى آخر،
مثل الذرة ، و ذلك بفقدان طاقة أو اكتسابها.
يمكن للنواة أن تثار بفعل اصطدامها مع دقيقة مادية عالية الطاقة.
خلاصة: " تتوفر الذرات و الجزيئات و النوى على مستويات طاقة مكماة .
عندما تتبادل هذه المجموعات طاقة مع الوسط الخارجي ، فإنها تنتقل من مستوى طاقي
(E
P
)
إلى مستوى طاقي
(E
n
)
أو العكس. و هذه الطاقة المتبادلة تحكمها علاقة بوهر :
مع
. "
4- تطبيقات على الأطياف.
نسمي طيف ضوء مجموع الإشعاعات التي يتكون منها هذا الضوء ، و يتميز كل إشعاع منها بطول الموجة في الفراغ.
1-4: أطياف الذرات.
يمثل الشكل المقابل طيف حزات الامتصاص (أ) و طيف حزات الانبعاث(ب) لذرة الصوديوم.
- الحزة المظلمة (أ) تحتل نفس مواضع حزات الانبعاث (ب).
* عندما تنتقل ذرة من مستوى طاقي
E
P
إلى آخر
E
n
أقل ، فإنها تفقد طاقة تبعثها على شكل إشعاع تردده
؛ بحيث :
-
عندما تنتقل ذرة من مستوى طاقي
E
n
إلى آخر
E
P
أكبر ، فأنها تمتص
طاقة إشعاع تردده
، بحيث :
.
و منه
نسمى
عدد الموجة حيث
R
H
=1,096776 .10
7
m
-1
: ثابتة ريدبرغ
Rydberg
المتسلسلات الطيفية للانبعاث و مخططات الطاقة لذرة الهيدروجين .
* متسلسلة بالمر: درس بالمر طيف الانبعاث لذرة الهيدروجين و وضع علاقة أولية تعطي أطوال الموجات المنبعثة .
n=2
مع
p>2
متسلسلات أخرى.
|
المتسلسلة |
ليمان Lyman |
بالمر Balmer |
باشن Pashen |
براكت Brackett |
بفوند Pfund |
|
n |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
2-4: أطياف الجزيئات.
إن تحليل طيف الامتصاص لجزيئة يمكن من التعرف على هذه الجزيئة، كونه يقدم معلومات عن المجموعات الوظيفية و عن الروابط التي تحتوي عليها الجزيئة.
3-4: أطياف النوى.
طاقة النوى مكماة ، تكون النوى الناتجة عن تفتت إشعاعي ، مثارة ، فتفقد إثارتها بانبعاث فوتونات ذات طاقة عالية (إشعاع g )تميز النوى الباعثة.
"إن طاقة نواة مكماة، كما أن رتبة قدر تغيرات الطاقة في النواة تناهز الميغا إلكترون-فولط. (MeV) " 1MeV=10 6 eV
