كيمياء الباب الأول شرح بالفيديو النظرية الذرية الحديثة 3ث

قامت على ثلاثة فروض هى


- الطبيعة المزدوجة للإلكترون

- مبدأ عدم التأكد (هايزنبرج)

- المعادلة الموجية (شرودنجر)


[1] الطبيعة المزدوجة للإلكترون:-

أثبتت التجارب أن للإلكترون طبيعة مزدوجة بمعنى أنه جسيم مادى له خواص موجية.

يصاحب حركة أى جسيم مثل الإلكترون أو النواة أو الجزئ حركة موجية تسمى الموجات المادية

الموجات المادية:- تختلف عن الموجات الكهرومغناطيسية فى:-

(1) لا تنفصل عن الجسم المتحرك.

(2) سرعتها لا تساوى سرعة الضوء.

[2] مبدأ عدم التأكد لـ ”هايزنبرج“

قد توصل هايزنبرج باستخدام ميكانيكا الكم إلى مبدأ مهم هو:-

أن تحديد مكان وسرعة الإلكترون معاً فى وقت واحد يستحيل عملياً

وإنما التحدث بلغة الاحتمالات هو الأقرب إلى الصواب حيث يمكننا أن نقول من المحتمل بقدر كبير أو صغير وجود الإلكترون فى هذا المكان.

[3]المعادلة الموجية لـ ”شرودنجر“

تمكن شرودنجر بناءاً على أفكار ”بلانك“ و”أينشتين“ و”دى براولى“ و ”هايزنبرج“ من وضع المعادلة الموجية وبحل هذه المعادلة أمكن:-

[أ] إيجاد مستويات الطاقةالمسموح بها وتحديد مناطق الفراغ حول
النواة التى يزيد فيها احتمال تواجد الإلكترون أكبر ما يمكن (الأوربيتال).

وأصبح تعبير السحابة الإلكترونية هو النموذج المقبول لوصف الأوربيتال.

السحابة الإلكترونية:-

هى المنطقة التى يحتمل تواجد الإلكترون فيها فى كل الاتجاهات والأبعاد حول النواة.



[ب] تحديد أعداد الكم.

أعداد الكم:-

أعداد تحدد أحجام الحيز من الفراغ الذى يكون احتمال الإلكترونات
فيها أكبر ما يمكن (الأوربيتالات) وطاقتها وأشكالها واتجاهاتها الفراغية
بالنسبة لمحاور الذرة

وتشمل أربعة أعداد هى:-

1- عدد الكم الرئيسى (n) 2- عدد الكم الثانوى (l)

3- عدد الكم المغناطيسى (m) 4- عدد الكم المغزلى (ms)

عدد الكم الرئيسى (n):-

[1] يستخدم فى تحديد:-

(أ‌) رقم مستويات الطاقة الرئيسية.

(ب‌) عدد الإلكترونات التى يتشبع بها كل مستوى رئيسى وهو يساوى 2n2

[2] عدد صحيح ويأخذ القيم 1، 2، 3، 4، ……

[3] لا يأخذ قيمة الصفر أو قيم غير صحيحة.

ملاحظات: عدد مستويات الطاقة فى أقل الذرات المعروفة وهى فى الحالة المستقرة سبع مستويات وهى:-

K L M N O P Q

1 2 3 4 5 6 7

• ولا تنطبق العلاقة 2n2 على المستويات بعد الرابع حيث تصبح الذرة غير مستقرة إذا زاد عدد الإلكترونات بمستوى طاقة عن 32 إلكترون.

المستوى الأساسى الرقم (n) عدد الإلكترونات التى يتشبع بها (2n2)

K 1 2 × 1 2 = 2

L 2 2 × 2 2 = 8

M 3 2 × 3 2 = 18

N 4 2 × 4 2 = 32

عدد الكم الثانوى (l):-

توصل إلى ذلك العالم ”سمرفيلد“ عندما استخدم مطيافاً له قدرة كبيرة
على التحليل فتبين له أن الخط الطيفى الواحد الذى كان يمثل انتقال
الإلكترونات بين مستويين رئيسيين مختلفين فى الطاقة هو عبارة عن عدة خطوط
طيفية دقيقة تمثل انتقال الإلكترونات بين مستويات طاقة متقاربة سميت
المستويات الفرعية.


• يحدد عدد المستويات الفرعية.

• كل مستوى رئيسى يتكون من عدة مستويات فرعية (عدد الكم الثانوى).

• عدد المستويات الفرعية يساوى رقم المستوى الرئيسى.

• تأخذ المستويات الفرعية الرموز (f, d, p, s)

المستوى الأساسى الرقم (n) عدد المستويات الفرعية

K 1 1s

L 2 2s, 2p

M 3 3s, 3p, 3d

N 4 4s, 4p, 4d, 4f

• تختلف المستويات الفرعية لنفس المستوى الرئيسى عن بعضها البعض فى الطاقة اختلافاً بسيطاً (f > d > p > s)

• تختلف طاقة المستويات الفرعية تبعاً لبعدها عن النواة (4s > 3s > 2s > 1s)

• لا يزيد عدد المستويات الفرعية عن 4 مستويات.


عدد الكم المغناطيسى (m):-

[1] يستخدم فى تحديد:-

• عدد أوربيتالات كل مستوى فرعى (أعداد فردية)

المستوى الفرعى s p d f

عدد الأوربيتالات 1 3 5 7

عدد الإلكترونات 2 6 10 14

•


• الاتجاه الفراغي للأوربيتالات.

- [s] أوربيتال واحد كروى متماثل حول النواة.



- [p] ثلاثة أوربيتالات متعامدة [px, py, pz].

حيث تأخذ الكثافة الإلكترونية لكل أوربيتال منها شكل كمثرتين متقابلتين عند الرأس فى نقطة تنعدم عندها الكثافة الإلكترونية.









عدد الكم المغزلى (ms):-

يستخدم فى تحديد:-

نوعية حركة الإلكترون المغزلية فى الأوربيتال فى اتجاه عقارب الساعة () أو عكسها ().

• لا يتسع أى أوربيتال لأكثر من 2 إلكترون [].

• لكل إلكترون حركتان {حركة حول محوره [مغزلية] – حركة حول النواة [دورانية]}

• لا يتنافر الإلكترونان فى الأوربيتال الواحد؛ نتيجة لدوران
الإلكترون حول محوره يتكون له مجال مغناطيسى فى اتجاه عكس اتجاه المجال
المغناطيسى للإلكترون الثانى [] وبذلك تقل قوى التنافر بين الإلكترونيين.






العلاقة بين رقم المستوى الأساسى والمستويات الفرعية وعدد الأوربيتالات

المستوى الرئيسى رقم المستوى (n) عدد المستويات الفرعية n = l عدد الأوربيتالات n2 = m عدد الإلكترونات 2n2

K 1 1s 1 2

L 2 2s, 2p 4 8

M 3 3s, 3p, 3d 9 18

N 4 4s, 4p, 4d, 4f 16 32


قواعد توزيع الإلكترونات فى مستويات الطاقة




يتم توزيع الإلكترونات على أساسين هما

- مبدأ البناء التصاعدى


- قاعدة هوند


مبدأ البناء التصاعدى:-

لابد للإلكترونات أن تملأ المستويات الفرعية ذات الطاقة المنخفضة أولاً ثم المستويات الفرعية ذات الطاقة الأعلى.

المصدر كايرو دار