النماذج الذرية

النماذج
.1.IIنموذج دالتون Dalton: عام 1805 م
بقيت فكرة الفيلسوف "ديمقراطيس" (التي تنص أن المادة مكونة من ذرات لايمكن تجزئتها) مسيطرة. وفي حوالي 1805م أزيل الغموض عنها، عندما اقترح الإنجليزي "دالتون" أول تصور للمادة وأول نموذج ذري.

.1.1.IIفرضيات نموذج دالتون:
اعتمد هذا النموذج على بعض القوانين الكيميائية المتوفرة في تلك الفترة من أجل صياغة فرضياته. وهذه الفرضيات هي:
أ-تعتبر ذرات العناصر دقائق أساسية للمادة ولايمكن تجزئتها أو خلقها أو إفنائها.
ب-تعتبر ذرات عنصر ما متماثلة ولها نفس الوزن و الخواص الكيميائية.
ج-ذرات العنصر الواحد مختلفة عن ذرات العناصر الأخرى.
د-تتحد ذرات العناصر المختلفة لتشكيل المركبات حسب نسب بسيطة لأعداد صحيحة.
هـ يمكن لذرات العناصر المختلفة أن تتحد مع عدة نسب بسيطة لتشكيل عدة مركبات مختلفة.
.2.1.IIعيوب نموذج دالتون:
بعد قرابة القرن من الزمن من ميلاد هذا النموذج، والذي يقوم على أساس أن الذرة هي الوحدة الأساسية لتكوين المادة، أنه لايمكن تجزئة هذه الوحدات، لم تستطع الصمود أمام مجموعة من النتائج التجريبية التي بينة أن الذرة بناء معقد في حد ذاتها. وهذا البناء مشكل من تجمع عدد كبير من الجسيمات الأصغر من الذرة ومكونة لها.
من بين هذه الظواهر الذي عجز عن تفسيرها النظرية الذرية لدالتون، ظاهرة الإشعاع الطبيعي الذي لاحظه بالصدفة العالم "رونتجن" سنة 1895م واستنتاجه أن بعض المواد تصدر تلقائيا إشعاعات قادرة على طبع اللوح الفوتوغرافي أو تشريد غاز.
وكانت نقطة الفصل التي أدت إلى تلاشي هذا النموذج هو اكتشاف الإلكترون من طرف الإنجلبزي "جوزيف طومسون " سنة1897م، وإثبات أن هناك مكونات للمادة أصغر من الذرة ، ليحل محله نموذج جديد وتصور آخر للتركيب المادي.
لينتقل الأمرفيما بعد للبحث عن التركيب الذري ونموذج قادر على تفسير تلك الظواهرإنطلاقا من نموذج طومسون سنة 1898 م.
.2.IIنموذج طومسونThomson : سنة 1898 م
.1.2.IIاكتشاف الإلكترون: (طومسون سنة1897م)
لم يكن لمفهوم الإلكترون أن يظهر لولا إعلان أليساندرو فولتا( Allesandro Volta) في العشرين من مارس عام 1800 عن اختراعه لعمود فولتا، وهو الصورة البدائية للعمود الجاف (البطارية )، عندما جمع بين معدنين مختلفين، هما الزنك والفضة، بعد أن فصل بينهما بقطعة من قماش بللها في محلول من ملح، وربط هذا الزوج بمثله ثم بمثله، فلما تسلسلت، أعطت السلسلة تياراً كهربائياً ضعيفاً، تزداد قوته بزيادة طول السلسلة.
- أوقد هذا الإختراع شعلة في رأس جونز برزيليوس(Jons Berzelius )، وأخذ يعمل على إمرار الكهرباء القادمة من عمود فولتا خلال محاليل المركبات، وأعلن بعد عامين من اختراع عمود فولتا أن العناصر المعدنية ( الأيونات الموجبة من محلول المركب بالمفهوم الحديث ) تذهب دائماً إلى القطب السالب المربوط بعمود فولتا، بينما العناصر غير المعدنية ( الأيونات السالبة من محلول المركب بالمفهوم الحديث ) تذهب دائماً إلى القطب الموجب.
- عام 1806 قام الشاب الإنجليزي همفري دافي (Humphry Davy )في معمله بصنع بطارية فولطية قوية من النحاس، وفي أكتوبر من ذلك العام أجرى الطاقة الكهربائية التي جاءت من مائة وخمسين عموداً في وعاء يحتوي على البوتاس السائح، وبعد فترة ظهرت كرات من مادة كالفضة على الطرف الموجب من سلك البلاتين المتصل بالبطارية، لم تلبث أن اشتعلت من ذات نفسها، ولم يكن هذا العنصر الذي فصله إلا عنصر البوتاسيوم..
-وفي عام 1834 أبدى العالم الإنجليزي مايكل فارادي((Michael Faraday اهتماماً بدراسة أثر التيار الكهربائي في محاليل ومصاهير المركبات الكيميائية، وقد بين أن إمرار التيار الكهربائي فيها يحدث تفاعلات كيميائية.
- لاحظ فارادي عند إمرار تيار كهربائي خلال مصهور كلوريد النحاس ترسب النحاس على القطب السالب لخلية التحليل، وتصاعد غاز الكلور عند القطب الموجب، وقد قاده ذلك لإستنتاج بأن جسيماً

كهربائياً قد دخل على الأيون الموجب ( أيون النحاس ) وحوله إلى ذرة متعادلة ( ذرة نحاس )، وفي نفس الوقت خرج الجسيم الكهربائي من الأيون السالب ( أيون الكلور) وحوله إلى ذرات متعادلة أو
جزيئاً متعادلاً ( جزيء الكلور ). وهذا ما دعاه للإستنتاج بأن الذرات تحتوي على جسيمات سالبة الشحنة.
-تزايد اهتمام العلماء في تلك الأثناء كثيراً بفهم طبيعة الكهرباء، وبما أنه من المتعذر رؤية التيار الكهربائي عند مروره خلال سلك، فقد حاول العلماء توليد تيار كهربائي من تلقاء نفسه عن طريق سحب الهواء من أنبوب، ثم إمرار التيار خلال الفراغ.
في عام 1855 قام المخترع الألماني هينريش غزلر (Heinrich Geissler) باختراع مضخة هواء جيدة قادرة على تفريغ الهواء من أنبوب زجاجي، وقد وصل الضغط في الأنبوب إلى 1/10000 من الضغط الجوي العادي.
- وباختراع هذه المضخة قام العالم يوليوس بلكر J . (Plucker) عام 1859 بتصميم أول أنبوب تفريغ زجاجي يتصل طرفيه من الداخل بلوحين فلزيين ، وتم ربط اللوحين الفلزيين بكل من القطب السالب والقطب الموجب لمصدر عالي الفولطية ، وبعد سحب الهواء جزئياً من داخل الأنبوب بواسطة مضخة غزلر، حدثت مفاجأة طار بلكر لها طرباً، فقد تشكلت حزمة ضوئية خضراء اللون بين اللوحين الفلزين، مما يعني سريان التيار الكهربائي خلال الفراغ، وهو ما كان يحلم به العلماء.
ولتفسير اللغز الذي حير العلماء في تفسير طبيعة الأشعة المهبطية افترض العلماء أن الحزمة الضوئية شكل من أشكال الضوء.
ولكن الأشعة المهبطية انحرفت عن مسارها عند تعريضها لمجال مغناطيسي وهذا ما لا يحدث للضوء.
- في العام 1869 بين العالم هيتورف ( J. W. Hittorf) أن الحزمة الضوئية تسير في خطوط مستقيمة ، عندما لاحظ تكون ظل باتجاه المصعد لحاجز موضوع في مسارها.
وفي عام 1876 أطلق العالم الألماني ايوغن غولدشتاين( Eugen Goldstein) اسم الأشعة المهبطية على الحزمة الضوئية في أنبوب التفريغ مستفيداً من تجربة هيتورف، لأنها تنطلق من المهبط ( القطب السالب) باتجاه المصعد ( القطب الموجب).
- في عام 1879 لاحظ السير ويليام كروكس Sir William Crookes أنه بالإمكان التحكم بسلوك الأشعة في أنبوب التفريغ بتخفيض الضغط فتتوهج الجدران الداخلية لأنبوب التفريغ. تستخدم (هذه الطريقة في الوقت الحاضر لتصنيع أنابيب الإنارة المستخدمة في واجهات المحلات التجارية، ويحلو للبعض أن يسميها أنابيب كروكس).
كما لاحظ كروكس أن استبدال الغاز بالهواء في أنبوب التفريغ يؤدي إلى تغيير لونالحزمة الضوئية، أي أن لون الحزمة يعتمد على نوع الغاز الموضوع في أنبوب التفريغ.
كما قام كروكس بالتأثير على مسار الأشعة المهبطية بمجال مغناطيسي فانحرفت مبتعدةً عن
القطب الشمالي للمغناطيس.
-وفي العام 1895 أيضاً قام العالم الفرنسي جين بيرين( Jean Perrin )بالتأثير على مسار الأشعة
المهبطية بمجال كهربائي فانحرفت نحو المجال الكهربائي الموجب.
وبذلك أكدت تجربتا كروكس وبيرين على أن الأشعة المهبطية تحمل شحنة سالبة.
-خصائص الأشعة المهبطية:
عام 1897 أزاح الفيزيائي الإنجليزي طومسون (J.J. Thomson) الغموض عن الأشعة المهبطية ، فاقترح أن تكون هذه الأشعة عبارة عن جسيمات صغيرة ؛ أصغر من الذرة ، وذات شحنة سالبة. والتي من أهم خصائصها:
1- لها القدرة على إدارة دولاب صغير موضوع في مسارها دلاله على أنها تمتلك طاقة حركية.
2- لها القدرة على تسخين الأجسام التي تصطدم بها وهذا يعني أن لها طبيعة جسيمية أو مادية.
3- عند وضع حاجز في مسارها يتكون للحاجز ظل دلالة على سيرهافي خطوط مستقيمة.
4- إذا أثر عليها مجال كهربائي أو مغناطيسي فإنها تنحرف نحو المجال الموجب دلالة على كونها سالبة الشحنة.
وبذلك نسب الفضل إلى" طومسون" في اكتشاف الإلكترون، إلا أنه لم يقترح اسماً لهذه الجسيمات، ولكن بعد فترة قصيرة من تجربته تم اعتماد اسم الإلكترون والذي اقترحه العالم الإيرلندي" جورج ستوني") (G. Stoney..
.2.2.IIفرضيات نموذج طومسون: سنة 1898 م
تمكن "طومسون " في عام 1897م من تحديد طبيعة الأشعة المهبطية، وعلى أنها أحد مكونات الذرة (المادة).
ومن هذا الإكتشاف وضع "طومسون " تصور للذرة المبني على أساس الفرضية التالية:
"إن الذرة عبارة عن جسم كروي الشكل موجب الشحنة تتخلله بصفة منتظمة الالكترونات السالبة الشحنة، أي أنها متعادلة كهربائيا.
.3.2.IIعيوب نموذج طومسون :
لقد كانت النتائج التجريبية التي تحصل عليها "روذرفود"، عندما قام بقذف الصفيحة الذهبية بجسيمات ( ) النقطة الفاصلة التي لم يستطع نموذج طومسون الصمود أمامها، إذ وجد أن أغلب الجسيمات لاتعاني أي انحراف (99.99%). وهذا جاء على عكس ماتنص عليه الفرضية التي بني عليها نموذج طومسون، القائلة أن الذرة عبارة عن كرة مصمة أي ليس بها فراغ.
.3.II نموذج روذرفورذ Rutherford (النموذج النووي) : عام 1910م
يعود اكتشاف النواة إلى العالم البريطاني "روذرفورذ"سنة 1909م، الذي قام بتجربة تمكن على إثرها من اقتراح نموذج للذرة، تكون فيه هذه الأخيرة أشبه بكرة يوجد في مركزها نواة صغيرة، تتمركز فيها كل الشحنة الموجبة، بينما يشغل بقية حجم الذرة إلكترونات تدور حول النواة.
.1.3.IIاكتشاف النواة :
- تجربة روذرفورذ (1909م )
تسمح هذه التجربة بإثبات الطبيعة الفراغية للمادة، حيث أجرى "روذرفورذ"(1909م) تجربة أدت إلى اكتشاف النواة، إذ قام بإسقاط الجسيمات" " على صفيحة رقيقة من الذهب ثم تتبع مسارات هذه الجسيمات.
• النتائج التجريبية المحصل عليها:
-حوالي % من الجسيمات تخترق الوريقة دون أن تعاني أي انحراف.
-حوالي0.01%من جسيمات تنحرف بزاوية أكبر من .
-نسبة ضئيلة من جسيمات تنعكس على مسارها.
• تفسير النتائج المحصل عليها:
استطاع روذرفورذ تفسير هذه المشاهدات كمايلي:
إن مرور جزء كبير من جسيمات يعني أن هناك فراغ كبيرا في الذرة، أما البعض الذي ارتد عن مساره فقد صادف جزءا صغيرا من حجم الذرة، كبير الكتلة وموجب الشحنة فاصطدمت به وارتدت للخلف، ومنها من اصطدم بها جانبيا فانحرف عن مساره بزاوية أكبر من .
.2.3.II فرضيات نموذج روذرفورذ (1910 م):
افترض روذرفورذ من أجل تفسير النتائج التجريبية السابقة بأن الذرة عبارة عن هيكل يتألف من نواة صغيرة الحجم، ثقيلة الكتلة و موجبة الشحنة حولها فراغ كبير يحوي إلكترونات سالبة الشحنة.
يمكن تلخيص أهم فرضيات هذا النموذج كما يلي:
أ – الذرة تشبه المجموعة الشمسية ( نواة مركزية موجبة الشحنة تحوم حولها إلكترونات سالبة الشحنة)
ب – الذرة معظمها فراغ ( الذرة لسيت مصمتة، وحجم النواة صغير جدا بالنسبة لحجم الذرة ).
ج – تتمركز كتلة الذرة في النواة.
د – الذرة ذات طبيعة كهربائية ( إلكترونات سالبة الشحنة ونواة موجبة الشحنة ) وهي متعادلة كهربائيا.
.3.3.IIعيوب نموذج روذرفورذ :
لم يستطع روذرفورذ توضيح وضع الإلكترونات في الفراغ ( الموجودة حول النواة ) هل هي ثابتة أم متحركة ؟ فإذا كانت ثابتة فلماذا لا تنجذب نحو النواة وتنغمس فيها ؟ وإذا كانت متحركة فلماذا لا تشع الذرة(المادة) ضوءا؟ والمعروف وقتها أن أي جسم مشحون يتحرك تحت تأثير قوة جذب لابد وأن يشع ضوءا. وبذلك وصفت ذرة روذرفورذ بأنها غير مستقرة. ولم يستطع هذا النموذج تفسير كيف تستطيع الذرة أن تحقق استقرارها.
من نتائج النظرية الكلاسيكية فإن الإلكترون في مداره حول النواة سوف يطلق شعاع كهرومغناطيسي بصورة متصلة لأنه يتحرك في مسار دائري وهذا يعني انه يفقد طاقة باستمرار مما يؤدي إلى ان يكون المدار حلزوني كما في الشكل المقابل وفي النهاية سيؤول الالكترون إلى النواة وتتلاشى الذرة مما يتعارض مع كون الذرة مستقرة. كما لم ينجح نموذج رزرفورد في تفسير طيف ذرة الهيدروجين.
.4.IIنموذج بوهر"النموذج الكوكبي" Bohr : عام 1913 م
جاء دور نيلز بوهر ليضيف الجديد حول حقيقة الذرة، وعن وضعية الإلكترونات في الفراغ حول النواة.
.1.4.IIكشف بوهر عن كيفية وجود الإلكترونات في الذرات:
قد أثبت إسحاق نيوتن في أواخر القرن السابع عشرأن الضوء المرئي يتحلل إلى سبعة ألوان) هي ألوان الطيف السبعة) إذا اعترض طريقها بموشور، ويعرف هذا النوع من الأطياف بالطيف المتصل لأن هناك تداخل تدريجي من لون إلى آخر.
ولو استبدلنا الضوء المرئي بمصدر للضوء أضيف إليه ملح يمكن تحويله إلى بخار، فإن الطيف الناتج لا يكون مستمرا ومتصلا، بل نحصل على طيف خطي مكون من ألوان على هيئة خطوط ضيقة ومنفصلة عن بعضها البعض، وكل خط يرافقه لون ذو طاقة محددة، وهذا معناه أن ذرات العناصر يمكنها أن تشع ضوءا له طاقة مميزة بمعنى أن الطاقة المنبعثة من الذرات ليست بأية قيمة، ولكنها محددة وذات قيم ثابتة ومتميزة. وإذا استعملت مركبات العناصر المختلفة على هيئة مصادر للضوء، نلاحظ أن كل عنصر يعطي طيف خطي مميز له
وبناءا على هذه المشاهدات تمكن بوهر من تفسير طيف عنصر الهيدروجين ووضع أسس لعلم جديد من أجل هذا التفسير وهوعلم ميكانيك الكم، الذي يقوم على افتراض أن الجسيمات الصغيرة في الكتلة مثل الإلكترونات لا تتبع قوانين نيوتن في الحركة ولا تتبع بقية القوانين الكلاسيكية للتحريك الحراري، التي تصف تعاملات بين الشحنات المتحركة حيث استطاع من خلال هذا العلم أن يفسر كيف توجد الإلكترونات حول النواة وكيفية استقرار الذرة.
.2.4.II فرضيات النموذج الكوكبي (1913 م) :
كل النتائج التي اكتشفها العلماء حول الطيف الذري، والفرضيات التي وضعها العالمان "طومسون" و"روذرفورذ" كانت متوفرة للعالم "بوهر"، وكان على هذا النموذج الذي وضعه أن يفسر و يقدم حلا للمشاكل التي واجهت النموذجين السابقين للذرة من حيث تفــسير استقرارالذرة و الطيف الكهرطي المنبعث من ذرة الهيدروجين.
تمكن "بوهر"عام 1913م من وضع نموذج ذري وتصور جديد لتركيب المادة.
-وقد اعتمد على الفرضيات التالية:
أ-يدور الإلكترون حول النواة في مدار دائري تحث تأثير قوة التجاذب الكهرطي (قوة كولوم)، بين النواة الموجبة الشحنة و الإلكترون السالب الشحنة.
ب-المدار الذي يسلكه الإلكترون حول النواة هو المدار الذي يكون العزم الزاوي (l) فيه مساويا عددا صحيحا من ثابت بلانك مقسوما على أي:


ج-بالرغم من أن الإلكترون يتحرك بتسارع في مداره الدائري حول النواة، إلاأنه في هذه المدارات المحددة بالفرضية الثانية لايشع أي طيف كهرطي كما تنص عليه النظرية الكلاسيكية، و بالتالي فإن الطاقة الكلية للإلكترون تبقى ثابتة.
د-ينبعث الطيف الكهرطي إذا انتقل الإلكترون من مدار طاقته إلى مدار طاقته ، وتكون طاقة الفوتون المنبعث على شكل طيف كهرطي مساويا إلى الفرق بين طاقتي المستويين:



.3.4.IIشرح فرضيات نموذج بوهر :
1- تُركِّز الفرضية الأولى على إثبات أن ذرة الهيدروجين مكونة من نواة تدور حولها الإلكترون.
2- تأتي الفرضية الثانية معتمدة على مبدأ التكميم، وهذه أول فرضية تدخل ميكانيك الكم في نموذج تركيب الذرة، حيث حددت الفرضية أن المدارات (دائرية) التي يمكن أن يسلكها الإلكترون حول النواة هي تلك المحددة بأنصاف أقطار مختلفة وطاقات منفصلة.
إن التكميم سوف يؤدي إلى تكميم الطاقة الكلية للإلكترون. وتجدر الإشارة هنا إلى أن العالم "بلانك" قد اكتشف مسبقا أن الجسم الذي يتحرك حركة توافقية بسيطة تحت تأثير قوة إرجاعية، يمتلك طاقة مكممة تعطى بالعلاقة:
وقد استفاد "بوهر" من هذه النتيجة، حيث اعتبر أن طاقة الإلكترون مكممة نظريا، مع أن الإلكترون يدور تحت تأثير قوة كولوم.
3- اعتبر "بوهر" أن النظرية الكلاسيكية غير مطبقة في هذه الحالة التي يدور فيها الإلكترون حول النواة في مدارات مكممة، وأنه لا يبعث طيفا كهر طيا حتى يفسر سبب استقرار الذرة.
4- اعتمدت الفرضية الرابعة على فرضية "آنشتاين" في أن تردد الفوتون يساوي طاقته مقسومة على ثابت "بلانك". .
.4.4.IIنموذج "بوهر – سمر فيلد " :
لايختلف هذا النموذج عن نموذج "بوهر" سوى أن هذا النموذج أعطى للإلكترونات مدارات جديدة.
افترض "سمر فيلد " أن الإلكترونات تدور حول النواة بمسارات بيضوية، بحيث تقع النواة في إحدى بؤرتي القطع الناقص. ووضع قواعد التكميم للجمل الفيزيائية التي تكون إحداثياتها توابع للزمن.
.5.4.IIعيوب نموذج "بوهر":
لقد اعتبرت نظرية "بوهر"، التي تشبه الإلكترون الذي يدور حول النواة بالقمر الذي يدور حول الأرض. وكان لها صدى كبيرفي الأوساط العلمية، لكن هذا التصور بني على مزيج بين الميكانيك الكلاسيكي و الميكانيك الكمي، فلم يستطع هذا النموذج تفسير" مفعول زيمان" (يكون للذرة الموضوعة في مجال الحقل المغناطيسي قوى طيف الإصدار أكثر تعقيدا ).
بإضافة إلى ذلك لم تستطع هذه النظرية تفسير أطياف الذرات المتعددة الإلكترونات، وكذلك إعطاء الإلكترون مسار محدد.
ورغم هذه النقائص إلاأنه فتح المجال أمام العلماء للبحث وإعطاء النموذج الكوانتي للذرة فيما بعد(1930 م ).
.5.IIالنموذج الذري الحديث (النموذج الإحتمالي) : سنة 1930 م
ظهرت في حدود 1930 م نظرية جديدة مبنية على الخواص الموجية للمادة عوضت نظرية بوهر، فحركة الإلكترونات حسب هذا النموذج لم تعد مقتصرة على مدارات محددة ولكن وجد أنها أكثر تعقيدا مما يتصور، ولا يمكن وصفها إلاّ باللجوء إلى أسس علم ميكانيك الكم الذي وضع أول معالمه "بوهر " و "آينشتاين"، بالإضافة إلى مبادئ وضعها الفيزيائيون ليكمل وصف هذا المخلوق الغريب ولو بشئ قليل.
.1.5.IIالمبادئ والقوانين التي بني عليها هذا النموذج :
.1.1.5.IIالطبيعة الموجية للمادة (الطبيعة الموجية-الجسيمية للالكترون) :
في حدود 1924 م قدم الفيزيائي "لويس دي بروي " فرضيته الجديدة والتي مفادها أن كل دقيقة من المادة أو كل جسم يملك خواص موجية بالإضافة إلى خواصه الجسيمية. أو كل جسم متحرك تواكبه موجة، يعطى طولها بالعلاقة:

وفي سنة 1927م برهن " دافسيون"و "جرمر" أن الإلكترونات يمكنها أن تنعرج بواسطة البلورات مثل الأشعة السينية.
وفي الحقيقة فإن البلورة مكونة من ذرات موزعة بشكل منتظم وتتصرف كشبكة انعراج. ويعتبر هذا دليل على صحة فرضية " دي بروي" حول الطبيعة الموجية للمادة.
وعلى إثر ما سبق تم البرهان على الطبيعة المزدوجة " موجية – جسيمية " للإلكترون.إذ يمكن أن نتوقع بأن كل جسيم في الطبيعة له خواص جسيمية و خواص موجية. ولاتكون موجة "دي بروي" كهرومغناطيسية إلا إذا كانت الدقيقة فوتونا.

.2.1.5.IIمبدأ الشك لهايزنبرغ (1927م):
إن النماذج التي أعطيت لوصف تركيب الذرة، التي اعتبرت أن الإلكترون يتحرك وفق مسارات محددة، لا يمكن اعتبارها تمثيلات وصفية صحيحة، وليس في المقدور التأكد من المسار الحقيقي للإلكترون، وهذا راجع للفرق بين الظواهر الماكروسكوبية العينية والظواهر الميكروسكوبية في السلم الذري. وبالتالي من المستحيل معرفة محرك للإلكترون.
لقد أدت الطبيعة الإزدواجية للإلكترون و استحالة معرفة مسار محدد للإلكترون وضع مبدأ الشك ل"هايزنبرغ" عام 1927 م.
ويؤكد هذا المبدأ ( من المستحيل تحديد كمية الحركة و الموقع الصحيح لجسيم في آن واحد ).
.3.1.5.IIالمعادلة الموجية لشرود نقر 1926 م (الحالات و الأعداد الكوانتية للذرة):
في سنة 1926 م وضع " شرود نغر" معادلته الشهيرة (المعادلة الموجية ) التي تربط طاقة جملة مادية بخواصها الموجية. ويعتبر شكلها الرياضي معقدا جدا وسنقتصر على أهم ماأضافته هذه المعادلة الموجية من أجل بناء النموذج الذري الحديث(الإحتمالي) الذي جاء من أجل تفسير مسار ووضع الإلكترون حول النواة والأطياف الخطية للعناصر الكيميائية.
تبين عند حل هذه المعادلة الموجية أن بعض محطات أو بعض الطاقات فقط تكون مميزة بثلاثة أعداد كوانتية.
.1.3.1.5.IIالأعداد الكونتية :
1-العدد الكمي الأول للمحط: هو العدد الكمي الرئيسي nيحدد الحجم الفعلي للمحط أو التوزيع الفراغي للإلكترون بإضافة إلى طاقة الإلكترون. يأخذ القيم الصحيحة الموجبة من 1 إلى وتعرف الأفلاك الموفقة بالمحطات 1s, 2s, 2p, 3s…
2-العددالكمي الثاني للمحط:أوالعدالكمي السميتي يحدد الشكل العام للمحط الذي يرسمه الإلكترون أي المنطقة التي يتحرك فيها الإلكترون. يأخذ القيم التي تحقق:
3-العدد الكمي الثالث: نرمز له برمز m ويحدد توجه الشكل الفراغي بالنسبة للإتجاه العشوائي. ويعرف كذلك بالعدد الكمي المغناطيسي، ويكنه أن يأخذ القيم الصحيحة التي تحقق العلاقة التالية: ، يمكن أن يكون
4-العدد الكمي الرابع(اللف الذاتي):يمكن شرح خواص الإلكترون في محط ما بتصور هذا الإلكترون شبيه بقضيب ممغنط صغير جدا له قطبان شمالي وجنوبي، ويمكن وصف سلوك هذا القضيب الممغنط بواسطة العدد الكمي الرابع sوالذي يدل على اللف الذاتي للإلكترون.
هناك توجهان ممكنان بالنسبة لمحورما، ويوافقان قيمتان ممكنتان هما مهماكانت قيم الأعداد الكونتية الأخرى.
.2.3.1. المحطات الذرية (الأفلاك الذرية):
لقد بين النموذج الكوانتي أن الإلكترونات توجد حول النواة في مستويات طاقة محددة، المستوى الأقرب من النواة يسمى مستوى الطاقة الأول (1)، والذي يليه الثاني (2)، والذي يليه (3) وهكذا...، وتزداد طاقة الإلكترون كلما بعد مستوى الطاقة الذي يوجد به الإلكترون عن النواة. وأوضحت الدراسات أن كل مستوى طاقة يتكون من عدد من الأفلاك الذرية، والفلك الذري عبارة عن حيز من الفراغ يمتد حول النواة يمكن أن يتحرك فيه الإلكترون بعدا أو قرباعن النواة.
وأظهرت الدراسات أيضا أن عدد الأفلاك الذرية التي يتكون كل مستوى طاقة يساوي حيث n تمثل رقم المستوي. وعليه فإن مستوي الطاقة الأول يتكون من فلك ذري واحد، والستوى الطاقوي الثاني يتكون من أربع أفلاك ذرية، وهكذا دواليك...
وجد أن هذه الأفلاك الذرية تختلف من حيث الحجم و الشكل والإتجاه، ولذلك فهي تصنف إلى أفلاك مختلفة هي:
• الفلك الذري S: يمكن تمثيل هذا الفلك بحجم كروي مركزه هو مركز النواة.
• الأفلاك الذرية P: يمكن تمثيل هذا الفلك بحجمين كرويين متساويين ومتماسين في نقطة المركز, هو مركز النواة. ويمكننا الحصول على ثلاث محطات p متكافئات وموجهة حسب المحاور الثلاثة كما يوضح التمثيل التالي:
وهذان النوعان من الأفلاك الذرية هي المسؤلة عن تشكل الوابط الكيميائية في معظم المركبات و خاصة المركبات العضوية.
بالإضافة إلى هذين الفلكين فإنه توجد أنواع أخرى من الأفلاك الذرية، الفلك الذري d ,f ,g
• الأفلاك الذرية d:
.2.5.IIاكتشاف بعض مكونات النواة :
إن النواة في حد ذاتها تعتبر تركيب معقد، هذا ما اكتشف من طرف باحثين في هذا التخصص.
.1.2.5.IIاكتشاف البروتون : سنة 1919 م
اكتشفه روذرفورد سنة 1919 م أثناء قيامه بإجراء أول تفاعل نووي.
حيث يخضع الآزوت إلى حزمة من جسيمات ( ) سريعة جدا. فلاحظ أن جسيما واحد من بين 10.000يحول نواة الآزوت إلى نواة أكسجين، ويظهر من جهة أخرى جسيم مشحون إيجابا ( نواة الهيدروجين ).
وهكذا كان من السهل معرفة كتلة وشحنة البروتون الناتج خلال هذا التفاعل. إن شحنة البوتون موجبة و تساوي بالقيمة المطلقة إلى شحنة الإلكترون أما كتلته فتساوي 1839 مرة كتلة الإلكترون .
.2.2.5.IIاكتشاف النترون : سنة 1932 م
لقد اكتشف سنة 1932 م من طرف العالم " شادويك " أثناء تفاعل نووي كذلك (قذف Be, B , Li بواسطة جسيمات ) حيث نحصل خلال هذا القذف على إشعاع ذو قوة اختراق كبيرة مكون من دقائق معتدلة كهربائيا. نعتبر شحنة النترونات معدومة ولايمكن كشفها بنفس الطريقة المستعملة في حالة الدقائق المشحونة. ولكن إذا اصطدمت هذه الجسيمات بهدف من البرافين فإنها ستنزع قسما من البروتونات التي يسهل كشفها. وهكذا يمكن للنترون ذي الشحنة المعدومة أن يخترق بعمق مختلف المواد وذلك بسبب أنه ليس هناك تأثير كهربائي متبادل مع النوى أو الإلكترونات. تعتبر كتلة النترون قريبة من كتلة البروتون و تساوي 1839 مرة كتلة الإلكترون .
فالذرة مكونة إذن من ثلاث دقائق عنصرية هي البروتون، النترون والإلكترون. عرفت البرتونات و النترونات الموجوة داخل النواة التي تتمركز فيها جل كتلة الذرة بالنيوكلونات. أما مابقي من حجم الذرة فتشغله الإلكترونات التي تعتبر كتلتها معدومة تقريبا.
.3.5النموذج الذري الحديث (نموذج الغمامة): 1930 م
لم يضف هذا النموذج الإحتمالي أي معلومات عن مسار الإلكترون، ولكن أضاف معلومات عن حالة حركة الإلكترون حول النواة، فهو يسمح بحساب احتمال وجود الإلكترون في مختلف النقاط حور النواة لكن لا يقول أي شئ عن طبيعة مسارالإلكترون فلا نستطيع أن نتكلم إلا عن احتمال وجود الإلكترون في نقطة معينة من الفراغ حيث أطلقت كلمة محط الذري (الفلك الذري) على توزع احتمالات وجود الإلكترن حول النواة. كما بيناه في حل معادلة «شرودينغر"، زيادة عن ذلك استطاع هذا النموذج تفسير الأطياف الخطية المنبعثة من العناصر المتعددة الالكترونات.


- نموذج الغمامة –