تنتج عن إزاحة الكثافة الإلكترونية في السحابة الإلكترونية وهي خاصية من خصائص الذرة

تنتج عن إزاحة الكثافة الإلكترونية في السحابة الإلكترونية وهي خاصية من خصائص الذرة

إنها واحدة من الاكتشافات الهامة في علم الفيزياء الحديث، وكما نعلم، فإن علم الفيزياء هو واحد من أهم العلوم التي ندرسها بشكل عام ونغوص فيها بشكل خاص، بسبب مجموعة واسعة من الموضوعات والدراسات والأبحاث العلمية التي تم توثيقها من قبل العديد من العلماء. فيما يلي، سنقدم بعض المعلومات حول خاصية إزاحة الكثافة الإلكترونية في السحابة الإلكترونية وتأثيرها

• تحدث قوة جذب بين العناصر الكيميائية عن طريق نقل الكثافة الإلكترونية.
• تسمى هذه الخاصية بالكثافة الإلكترونية في اللغة الإنجليزية.
• يعبر هذا المصطلح الفيزيائي عن قدرة الإلكترون على الوجود في موضع معين، بينما السحابة الإلكترونية هي مساحة سالبة الشحنة تحمل طاقة معينة.
• ترتبط هذه الفكرة بالمدار الذري، وهو في الحقيقة دالة رياضية تصف حركة الإلكترونات في الذرة.

تعريف الإلكترون

ونظرا لما سبق ذكره عن الإلكترون ودوره في هذه الخاصية، سنقوم بشرح معنى الإلكترون ومكوناته من جزيئات أو غيرها، فما هو الإلكترون وماذا يعني، سنوضح ذلك في الفقرة القادمة.

• يعرف مصطلح الإلكترون في اللغة الإنجليزية باسم (Electron).
• هو أحد مكونات الذرة، ويتميز بشحنته السالبة، ويحيط بالنواة.
• يتميز الإلكترون عن باقي مكونات الذرة، سواء كانت بروتونات أم نيوترونات، بكتلته الصغيرة.
• تم الاكتشاف الفضل للإلكترون من قبل العالم البريطاني ثومبسون في عام 1897م، على الرغم من توقع العديد من العلماء وتنبؤهم بوجود الإلكترون.
• الإلكترونات هي سر توصيل التيار الكهربائي في المواد الصلبة

تعريف السحابة الإلكترونية في الذرة

وفيما يلي سنقوم بتعريف وشرح السحابة الإلكترونية في الذرة وذلك على النحو التالي:

• ظهر استخدام مصطلح السحابة الإلكترونية لأول مرة في عام 1925م، عندما كان كل من إروين شرودنجر وفيرنر هايزنبرغ يبحثان عن وسيلة لوصف عدم اليقين في حركة الإلكترونات في الذرة.
• السحابة الإلكترونية هي المنطقة السالبة المحيطة بنواة الذرة، والتي ترتبط بالمدار الذري، وتعرف رياضيا على أنها منطقة ذات احتمالية عالية لاحتواء الإلكترونات.
• هناك بعض المناطق في نموذج السحابة الإلكترونية التي يمكن أن يتواجد فيها الإلكترون بشكل أساسي، ولكن نظريا يمكن أن يتواجد في أي مكان، بما في ذلك النواة.
• هناك اختلاف بين نموذج السحابة الإلكترونية ونموذج بور، الأخير يعتبر أكثر بساطة، حيث تدور الإلكترونات حول النواة بنفس الطريقة التي تدور بها الكواكب حول الشمس.
• يستخدم الكيميائيون نموذج السحابة الإلكترونية لرسم خريطة مدارات الإلكترونات الذرية، وتلك الخرائط الاحتمالية ليست جميعها بشكل كروي، كما أن أشكالها تساعد في التنبؤ بالاتجاهات التي تظهر في الجدول الدوري.

نموذج السحابة الإلكترونية

تعد نموذج السحابة الإلكترونية في الوقت الحاضر أحد أصعب النماذج وأكثر قبولا على نطاق واسع في عالم الحوسبة الكمية.

• على الرغم من الاحتفاظ بمفهوم النواة من نماذج بور وروذرفورد، يقدم تعريفا مختلفا لحركة الإلكترونات حول النواة.
• يتم تحديد حركة الإلكترونات حول النواة في هذا النموذج من خلال مناطق تحتوي على احتمالية أعلى لوجود الإلكترون في أي لحظة.
• ترتبط هذه المناطق الاحتمالية حول النواة بمستويات طاقة محددة، وتأخذ أشكالا متنوعة مع زيادة عدد الإلكترونات.

ما هو الاوربيتال

سمكن تفسير الاوربيتال من خلال ما يلي:

• يمكن تحديد المدارات الذرية عن طريق مجموعة من الأرقام والحروف التي تحمل خصائص معينة للإلكترونات المرتبطة بتلك المدارات، على سبيل المثال: 1s، 2p، 3d، 4f.

• تشير الأرقام في الفقرة السابقة، والتي تسمى الأرقام الرئيسية للكم، إلى مستويات الطاقة والمسافة النسبية أيضا.
• يحتل الإلكترون مستوى الطاقة الأقرب للنواة لمدة ثانية واحدة، ويقضي الإلكترون مستوى الطاقة الثاني لمدة ثانية، ويعتبر الإلكترون ضعيف الارتباط بالنواة، حيث يقضي معظم وقته بعيدا عن النواة، وتشير الحروف s، p، d، f إلى شكل المدار، حيث يتوافق الشكل مع زخم الإلكترون وحركته.
• ويعد المدار s مركزه في النواة، وبالتالي فإن الإلكترون 1s يكون محصورا تقريبا بالكامل في منطقة كروية قريبة من النواة، والإلكترون 2s يحتل كرة أكبر إلى حد ما.
• ويتميز المدار p بأنه يشبه شكل زوج من الفصوص على جانبي النواة، ويتمتع الإلكترون في هذا المدار بنفس احتمالية الوجود في النصف الأكثر تعقيدا من المدارات الأخرى.
• تم استخدام الأحرف (f وd وp وs) في الأصل لتصنيف الأطياف بشكل وصفي إلى سلاسل تسمى حادة ومنتشرة وأساسية قبل معرفة الفروق بين الأطياف وتكوين الإلكترونات الذرية.

نموذج بور

سنقدم الآن بعض المعلومات المتعلقة بنموذج بور على النحو التالي:

• قدم العالم الفيزيائي الدنماركي نيلز بور وصفا لبنية الذرات، وخصوصا هيكل الهيدروجين، حيث قدم نموذجا جديدا للذرة في عام 1913م يختلف عن النماذج الكلاسيكية السابقة.
• يعتبر نموذج بور أول نموذج يتضمن نظرية الكم وكان سلفا لنماذج ميكانيكا الكاملة.
• يقوم نموذج بور بوصف خصائص الإلكترونات الذرية من خلال 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 الفيزيائيين المولودين في ألمانيا وهما جيمس فرانك وجوستاف هيرتز تم الحصول على دليل تجريبي مباشر على وجود 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 ذكرنا سابقا في الفقرات السابقة، يمكن استنتاج أن الإلكترون يدور حول النواة بسبب جاذبية الجسيمات التي تشكل النواة، وهذا يختلف من حيث الشحنة، مما يسمح بتوزيع الإلكترونات في مدارات حول النواة، ويسمح هذا بتثبيتها على مسافة معينة.

• تتكون الإلكترونات كجزء سالب الشحنة، ومن الملاحظ ذكره هنا أن التوزيع الإلكتروني لكل ذرة يحدد حجم الذرة وخصائصها الكيميائية، مما يمكن تصنيفها بين باقي العناصر الكيميائية في الجدول الدوري

عدد الإلكترونات في المدار

بعد شرحنا الميزة التي تنتج عن تغير كثافة الإلكترون في مجموعة الإلكترونات، يمكن تحديد توزيع الإلكترونات على مستوى كل ذرة بمستويات مدارية متعددة.

• يعود ما سبق إلى حجم الفراغ والسحابة الإلكترونية، وتمدد كل مدار داخل أربعة مدارات رئيسية مختلفة للإلكترون.
• تتم رمزة هذه المدارات بحروف لاتينية هي (s- p- f- d)، حيث يحتوي كل مدار رئيسي على مستويات ثانوية، ويمكن أن تحتوي هذه المستويات على أكثر من إلكترون تآكل.