CALM/arwiki huggingface dataset:
وبصدور فرمان العملات الذي نص على أن القيمة الاسمية للعملات لابد أن تكون أقل من قيمة المعادن التي تم استخدامها تاريخيا. وذد أدى هذا لأن تكون العملات الحديثة يتم تصنيعها من الفلزات العادية نحاس-نيكل (80 : 20 لونها فضي) وهو مشهور مثل نيكل-نحاس أصفر (نحاس 75، نيكل 5، زنك 20، لونها ذهبى) منجنيز-نحاس أصفر (نحاس، زنك، منجنيز، نيكل)، برونز، أو الصلب العادى المطلي.
المالكية قرية في البحرين تقع في المحافظة الشمالية في المنطقة الغربية ويطل عليها البحر من جهة الغرب ومدينة حمد من جهة الشرق وكرزكان من جهة الشمال وصدد من جهة الجنوب.
وتعتبر المالكية قرية شيعية يستوطنها نحو 6000 نسمة، تغلب على القرية صفة التآخي، فتجد الكل يعرف الآخر،
عمل معظم سكان القرية قبل اكتشاف النفط في الزراعة.. حيث كانت بالقرية العديد من المزارع التي قام الأهالي بالزراعة بها مثل الناصرية.. دالية الحسين.. بكوس.. الصيادية.. مزرعة الملاح كما زاول عدد كبير من أهالي القرية مهنة الصيد في البحر وشارك بعضهم في الغوص، فقد كانوا يصنعون من الفرت (جمع فرته) وهي عبارة عن قارب يصنع من الخشب وجريد النخل وكرب النخل... ليدخلوا بها البحر.. وكانت أول جالبوت هي جالبوت العودة لعائلة السادة برئاسة عميدهم السيد هاشم فقد كانت جالبوت كبيرة جدا يبلغ طولها 40 قدما، وعرضها 25 قدما وكان النوخذا بها هو الحاج ابراهين بن حسين بوحميد...
وقد اشتركت هذه الجالبوت في الغوص وصيد السمك ونقل الناسوكان لها دور كبير في عمليات الإنقاذ والنقل سنة الطبعة (حسب ما رواه لنا البحار) الحاج فرحان كاظم أبو حميد (كما عمل العديد من أهالي القرية لدى شيوخ العائلة الحاكمة، في الزراعة والبناء والمنازل وكانت لهم عند شيوخهم منزلة كبيرة من الود والاحترام والمشورة. وبعد اكتشاف النفط انتقل بعض سكان القرية للعمل في شركة نفط البحرين بابكو / ثم التدريس والعمل في الوزارات الحكومية والشركات، واتجه البعض منهم إلى تكوين الشركات العائلية التي ساهمت في تنمية الاقتصاد الوطني والتنمية الاجتماعية.
ومنذ ذلك التاريخ فقد تولع كثير من سكان القرية بالبحر وتمسكوا بالمهنة التي ورثوها أبا عن جدا ولا يزالون يعملون بالبحر حتى الآن.
مزار الأمير زيد بن صوحان.
تشتهر القرية بمسجد الأمير زيد بن صوحان الذي به قبر زيد بن صوحان أحد الصحابة الذين أسلموا في عهد الرسول (ص).
تشتهر أيضا بمسجد الشيخ مرشد حيث يقع هذا المسجد بالجهة الشرقية من القرية، وهذا المقام مرمم منذ فترة طويلة جدا حسب ما أكده لنا القيم القائم على خدمة المقام والأذان فيه، هذا وأن شكل القبر مغاير عن القبور الأخرى المنتشرة في البلاد سواء من حيث حجمه أو شكله، وغرفة القبر قديمة جدا وهي مبنية من أحجار البحر والطين على نمط البناء القديم.
ويمكننا القول أن طاقة التأين هي مقدار الطاقة اللازمة لفصل الإلكترون الأقل ارتباطًا بنواة الذرة في الحالة الغازية، وهو إلكترون التكافؤ، وإن قيمة هذه الطاقة تدلنا على صعوبة نزع الإلكترون من الذرة، فكلما كانت كبيرة كان تأين العنصر صعبًا. وفي أغلب الأحيان يحدث النزع على عدة خطوات متتالية وتسمى الطاقة لنزع الإلكترون الأول "طاقة التأين الأولى"، وعندما ننتزع إلكترونا ثانيا من الذرة فيلزم لذلك "طاقة التأين الثانية"، وهكذا بالنسبة إلى الإلكترونات التالية لها.
وغالبًا ما تحدث هذه العملية بتسليط أشعة ضوئية ذات تردد معين على العنصر في حالته الغازية فيمتصها الإلكترون ويـُنتزع من الذرة. وتختلف ترددات الضوء اللازمة لانتزاع إلكترون من ذرة العنصر باختلاف العنصر. فطاقة التأين تعتمد أولا على نوع العنصر، كما تعتمد على، هل هو الإلكترون الأول أم الإلكترون الثاني أم الثالث. ومن الطبيعي أنه كلما كان حجم العنصر صغيرًا كانت جاذبية النواة للإلكترون الخارجي قوية ويصعب بذلك نزعه. ولهذا السبب نجد أن طاقة التأين تزداد للعناصر من اليسار إلى اليمين في الدورة الواحدة في الجدول الدوري وتتناقص من أعلى إلى أسفل في المجموعة.
القيم والإتجاهات.
بصفة عامة، فإن طاقة التأين تقل خلال المجموعة بالجدول الدوري من الأعلى إلى الأسفل، ومن جهة أخرى، فإنها تزيد من اليسار إلى اليمين خلال الدورة وذلك بسبب زيادة العدد الذري الذي معناه زيادة الشحنة النووية الفعالة (الشحنة النووية الفعالة = شحنة النواة - معامل الحجب). وزيادة عدد البروتونات في النواة يؤدي إلى زيادة جذب الإلكترونات في الذرة ومن ضمنها المستويات الخارجية. لذلك فتزداد الطاقة اللازمة لنزع إلكترون من الذرة، أي تزداد طاقة التأين. كما أن طاقة التأين تتناسب عكسيا مع نصف القطر الذري فكلما ازداد نصف القطر الذري زاد بُعد إلكترونات المستويات الخارجية عن النواة وقل جذب النواة لها، فيسهل نزعها من الذرة، أي تقل طاقة التأين.
وعندما نقوم بنزع الإلكترون الخارجي الأول من الذرة، ونبدأ في نزع الإلكترون الذي يليه من مداره الذري نجد زيادة كبيرة في طاقة التأين. هذا لأنه بعد انتزاع الإلكترون الأول وانتقالنا لنزع الإلكترون الثاني يكون هذا أقرب للنواة، فتزداد الطاقة اللازمة لانتزاعه. تكون الإلكترونات الموجودة في مدارات قريبة من النواة مرتبطة بها بقوى جذب كهرستاتيكية أكبر، وعلى هذا تتطلب طاقة أكبر لانتزاعها.
بعض قيم طاقة التأين للدورة الثالثة في الجدول التالي:
نلاحظ قفزات كبيرة في طاقة التأين المولية عند تعدية بنية غاز خامل. وعلى سبيل المثال نرى أن الطاقتين الأولتين لتأين 1 مول من المغنسيوم (نزع إلكترونين من المدار 3s ) تكونان أقل بكثير من الطاقة اللآزمة لانتزاع إلكترون ثالث (من المدار 2p ) الذي له ينية النيون في بنية Mg2+.
التفسير الكهرستاتيكي.
يمكن توقع طاقات التأين باستخدام تحليل بسيط عن طريق الجهد الكهرستاتيكي ونموذج بور للذرة كالآتي:
بافتراض إلكترون له الشحنة "e-"، و أيون له شحنة "ne+"، حيث "n" هي عدد الإلكترونات المفقودة من الذرة. وطبقا لنموذج بور، يقترب الإلكترون من مالانهاية من الذرة ويرتبط. يتخذ مدارا حول النواة وهو على بُعد نصف قطر بور "a". فيكون الجهد الكهرستاتيكي على مسافة "a":
وحيث أن الإلكترون له شحنة سالبة، ومنجذب إلى الجهد الموجب للنواة (وقيمة هذا الجهد يسمى "جهد التأين") فتلزمه طاقة ليقفز ويترك الذرة قدرها:
وهذا التحليل البسيط غير كامل ويترك المسافة "a" غير معروفة. ويمكن أن يكون أكثر دقة بتحديد هذه المسافة لكل إلكترون في العناصر الكيميائية، وعلى هذا تتطابق العلاقة مع التجارب العملية.
التفسير طبقا لميكانيكا الكم.
طبقا لنظرية ميكانيكا الكم يتم وصف الإلكترون كسحابه للأماكن المتوقع وجوده فيها (في مدار إلكتروني) وهي تعطي لتواجد الإلكترون احتمالات تتراوح بين القرب والبعد r عن النواة. ويمكن بميكانيكا الكم حساب الطاقة بتكامل هذه السحابة، وتكون أبسط صيغة لطاقة تأين كالتالي:
حيث "H" ال هاملتوني (ميكانيكا الكم)، و formula_4 هي الدالة الموجية للحالة القاعية للإلكترون. وطبقا لمعادلة هاميلتون تكون "H" مكونة من طاقة الحركة و طاقة الوضع للإلكترون حيث يوجد بالقرب من النواة الموجبة الشحنة ويقع تحت تأثير جهدها الكولومي:
حيث أن "Z" هي الشحنة النووية و formula_6 مؤثر التدرج الذي يصف حركة الإلكترون.
وأمكن العلماء حل المعادلة في حالة ذرة الهيدروجين حيث شحنة النواة تكون +1. وحصلوا على طاقة المدار وبُعد المدار عن النواة في نموذج بور، وعرّفوه بالمسافة المحددة formula_7 حيث formula_8 هي نصف قطر بور.
وبصفة عامة، فإن حساب طاقة التأين n لذرة فيها عدد Z من الإلكترونات (وبالتالي بروتونات) يزداد صعوبة حيث أن الإلكترونات التحتية الموجودة في الغلاف الإلكتروني تتفاعل مع النواة ومع الإلكترونات الخارجية وتزيد المسألة صعوبة. ولكنها موضوع جيد للدراسة، ويتم بصفة منتظمة في الكيمياء الحسابية.
التوزيع الإلكتروني هو ترتيب الإلكترونات في ذرة أو في جزيء. وبالتحديد هو مكان تواجد الإلكترونات في المدارات الذرية أو الجزيئية.
لماذا التوزيع الإلكتروني.
تصور التوزيع الإلكتروني في الذرة تم توقعه بناء على ثلاث حقائق :
ونتيجة لذلك، فإن أي نظام له توزيع إلكتروني واحد ثابت. وفي حالة الإتزان، فسوف يكون له دائماً هذا التوزيع (يطلق عليه الحالة الأرضية)، وإذا لم تكن الذرة أو النظام في الحالة الأرضية يكون أحد الإلكترونات في حالة مثارة تحت تأثير التسخين أو التفريغ الكهربي، فيتخد توزيع الإلكترونات توزيع آخر، وبصفة مؤقتة.
ويتم تحديد التوزيع الإلكتروني لأى نظام بعدد الإلكترونات الموجودة فيه وبالتالي تحديد مستويات الطاقة الرئيسية والفرعية والأوربيتالات، ولو أردنا استنتاج هذا التوزيع، فيجب معرفة المدارات. وقد استطاع العلماء حساب ذلك بواسطة ميكانيكا الكم التي إبتكرها العالمين الألماني هايزنبرج والنمساوي شرودنجر خلال السنوات 1923 - 1926 وطبقاها بنجاح على ذرة الهيدروجين، ولكن حل
معادلات ميكانيكا الكم معقد للذرات الأخرى، وأكثر تعقيدا في حالة الجزيئات.
التوزيع الإلكتروني في الذرات.
تعتمد المناقشة التالية على تواجد معرفة ببعض المواد المشروحة في مقالة المدار الذري والذرة
تلخيص أرقام الكم.
يتم وصف حالة تواجد الإلكترون في الذرة بأربعة أرقام للكم. ثلاثة منها هي خواص المدار الذري الذي يوجد فيه (يوجد شرح لاحق في هذه المقالة)، والرقم الرابع إما 1\2 أو -1\2 وهو يعبر عن الدوران المغزلي للإلكترون (أي دورانه حول نفسه).
العزم المغناطيسي الذاتي للإلكترون ينشأ عن دوران الإلكترون حول محوره (دوران مغزلي)، والذي يعبر عنه بعدد الكم المغزلي. عدد الكم المغزلي خاصية خاصة للإلكترون ولا تعتمد على الأرقام الأخرى. ويرمز لها بالرمز "s" وتأخذ فقط القيم +1/2 أو -1/2 (أحيانا يرجع لهما بأعلى أو أسفل، إشارة إلى اتجاه عزم الإلكترون المغناطيسي).
الأغلفة وتحت الأغلفة «المدارات».
حالات الطاقة التي لها نفس القيم "n"، يقال أنها تشغل نفس الغلاف الإلكتروني. الحالات التي لها نفس قيم "n" و"l" تكون متناسبة وتأخذ في الحسبان نوع واتجاه المدارات حول النواة، ويقال أنها تقع في نفس تحت-غلاف الإلكتروني. ولو أن الحالات تتشابه أيضا في قيم "m" فيقال أن لها نفس المدار الذري. ونظرا لأن الإلكترون له حالتان فقط للدوران، فإن الأوربيتال الذري لا يمكن أن يحتوى على أكثر من 2 إلكترون (مبدأ الاستبعاد لباولي).
ولوهلة فإن الغلاف "n=1" يمتلك تحت غلاف "s" فقط ويمكن له أن يأخذ 2 إلكترون، بينما الغلاف "n=2" له تحت غلاف "s" و"p" ويمكن أن يأخذ 8 إلكترونات (2 إلكترون في s و 6 ألكترونات في pفي)، والغلاف "n=3" له تحت غلاف "s" و"p" و"d" ويمكن أن يأخذ 18 إلكترون. وهكذا. ويلاحظ أن السعة النهائية لأى تحت-غلاف هي "2(2l+1)" ولغلاف formula_3.
التوزيع الإلكتروني للغلاف الخامس :
ويمكن كتابة هذه المعلومات كالتالي :formula_4 (راجع بالأسفل لمعرفة نظام الكتابة)
تحت الأغلفة "s,p,d,f" ناتجة من ترتيب خطوط الطيف كالتالي : «حاد sharp»، «أساسي principal»، «مشوش diffuse»، «أصلي fundamental»، بناء على تركيبهم الدقيق. فعندما تم وصف أول أربعة أنواع للمدارات، كانوا تابعين لأسماء الخطوط، ولم يكن لهم أسماء. أما "g" فتم تسميته طبقا للترتيب الأبجدي الإنجليزى. الأغلفة التي لها أكثر من 5 تحت-غلاف غير ممكنة نظريا، حيث أن 5 تحت-اغلفة تغطى كل العناصر المكتشفة.
يستخدم الكيميائيون نظام قياسي لكتابة التركيب الإلكتروني. وفي هذا النظام يتم كتابة مختصر لأسماء العناصر والمدرات التي يحتويها بترتيب زيادة الطاقة. وكل تحت-غلاف «مدار» يتم وصفه بعدد الإلكترونات التي يحتويها.
ولبرهه، فإن الحالة الأرضية للهيدروجين بها إلكترون وحيد في تحت-الغلاف "s" للغلاف الأول، وعلى هذا فإن تركيبه يكتب كالتالي : formula_5. الليثيوم يوجد به 2 إلكترون في تحت الغلاف "1s" وإلكترون واحد في "2s" الأعلى طاقة وبذلك تكون تركيب حالته الأرضية يكون formula_6. الفسفور (الرقم الذري 15) يكون كالتالي : formula_7.
وللذرات التي بها إلكترونات عديدة، فإن هذا النظام لكتابة تركيبها الإلكتروني يكون أطول. ويتم اختصارها غالبا طبقا لأقرب غاز نبيل مماثل للمدارات الأولى الموجودة بالعنصر. فمثلا : يختلف الفوسفور عن النيون (formula_8) بوجود المدار "n=3"، وعلى هذا فإنه يتم تجاهل التوزيع الإلكتروني للنيون ويكتب التوزيع الإلكتروني للفسفور كالتالي : [Ne]formula_9.
كما أن هناك نظام أكثر سهولة لكتابة التوزيع الإلكتروني بكتابة عدد الإلكترونات لكل غلاف كالتالي (الفسفور) : 2-8-5.
قاعدة أوف باو.
في الحالة الأرضية للذرة (الحالة التي توجد عليها بطبيعتها) يتبع التوزيع الإلكتروني قاعدة أوف باو. وطبقا لهذه القاعدة تدخل الإلكترونات في مستويات الطاقة الفرعية ذات الطاقة المخفضة أولا ثم تملأ الأعلى منها بعد ذلك، والترتيب الذي يتم ملئ المستويات الفرعية به كالتالي :
زوج الإلكترونات الذي له نفس الدوران يكون له طاقة أقل من زوج الإلكترونات الذي له دوران متعاكس. وحيث أن زوج الإلكترونات في نفس المدار يجب أن يكون لهما دوران متعاكس، فإن هذا يجعل الإلكترونات تفضل ملئ مدارات مختلفة فرادى على أن تتواجد كزوج في نفس المدار. وهذه الأفضلية توضح نفسها لو أن هناك مستوى فرعي له "l"&gt;0 (مستوى فرعي به أكثر من مدار) أقل من الممتلئ، فمثلا، لو أن المستوى الفرعي "p" به 4 إلكترونات، فإن 2 إلكترون سيجبروا أن يشغلوا مدار واحد، و 2 إلكترون سيشغلوا 2 مدار، وسيكون دورانهم متساوي. أي أنه لا يتم ملئ مدارات أي مستوى فرعي بأزواج الإلكترونات إلا بعد ملئ مدارته المستقلة فرادى أولا، ويطلق على هذه الظاهرة قاعدة هوند.كن تطبيق قاعدة اوف باو، في الشكل المعدل، للبروتون والنيترون في نواة الذرة. (شاهد نموذج الغلاف للفيزياء النووية).
استثناءات قاعدة أوف باو.
المستوى الفرعي "d" النصف ممتليء أو الممتليء (أي به 5 أو 10 إلكترونات) يكون أكثر ثباتا من المستوى الفرعي "s" التالي له. فمثلا النحاس (عدد ذري 29) له التوزيع [Ar]formula_10، وليس [Ar]formula_11، كما قد يتوقع طبقا لقاعدة أوف باو. وبالمثل الكروم (عدد ذري 24) له التوزيع [Ar]formula_12, وليس [Ar]formula_13.
حيث Z = العدد الذري.
العلاقة بين التوزيع الإلكتروني وتكوين الجدول الدوري.
التوزيع الإلكتروني متناسب مع تركيب الجدول الدوري. الخواص الكيميائية للذرات تعتمد بشدة على ترتيب الإلكترونات في غلافها الخارجي (بالرغم من وجود عوامل أخرى مثل نصف القطر الذري، الكتلة الذرية، ومدى سهولة الوصول للحالات الإلكترونية يساهم أيضا في كيمياء العناصر بزيادة الحجم الذري)
في العناصر الممثلة وهي التي تبدأ من المجموعات (1) و(2) و (12 إلى 18) تتوزع الكترونات المجال الخارجي بشكل مرتبط مع رقم المجموعة فمثلا في المجموعة 1 تحتوي جميع العناصر في مجالها الخارجي على الكترون واحد وجميع عناصر المجموعة 17 تحتوي في مجالها الخارجي على 7 الكترونات ماعدا عنصر الهيليوم في المجموعة 18 فانه لا يحتوي على 8 الكترونات في المجال الخارجي بل الكترونان راجع الجدول الدوري الحديث للعناصر..
التوزيع الإلكتروني في الجزيئات.
في الجزيئات، يصبح الموقف أكثر تعقيدا، نظرا لأن كل جزيء له تركيب مداري مختلف. شاهد مدار جزيئي والاندماج الخطي للمدارات الجزيئية كمقدمة، الكيمياء الحسابية لمزيد من التفاصيل.
التوزيع الإلكتروني في المواد الصلبة.
في المادة الصلبة، يكون التوزيع الإلكتروني متغير كثيرا. فلا يوجد في حالة منفصلة ولكن يختلط مع النطاقات المستمرة للحالات (نطاق إلكتروني). وتصور التوزيع الإلكتروني الثابت قد توقف، وتم استخدام ما يسمى بنظرية النطاق.
في فيزياء الجوامد يكون نطاق الطاقة هو مدى متصل من قيم الطاقة التي يمكن لإلكترون أن يشغلها في الذرة. ويمكن لهذه النطاقات أن تكون "نطاقات محرمة" (لا يمكن لإلكترون أن يشغلها ) أو "نطاقات مسموحة" (يمكن للإلكترون أن يشغلها).
يحدد نطاق الطاقة في المادة العديد من خصائصها الكيميائية والفيزيائية خاصة تلك التي تتعلق بالبنية الذرية و ببنيتها البللورية وخصائصها البصرية.
لأي مادة صلبة العديد من نطاقات الطاقة. نظريا فإنه من الممكن للذرة أن تمتلك عدد لا نهائي من مستويات الطاقة، إلا أن معظم هذه المستويات يقع في مستويات للطاقة تكون عالية بحيث إذا وصل إليها أي إلكترون فإنه سوف يهرب من المادة الصلبة، ولهذا فإن هذه النطاقات لا تأخذ بعين الاعتبار. لكل نطاق عرض نطاق مختلف حسب المدار الذري الذي تنتمي إليه، وقد تتراكب هذه النطاقات منتجة نطاق وحيد كبير.
يظهر الشكل 1 شكل مبسط لنطاقات الطاقة في المواد الصلبة التي تعرف ثلاث أنواع من المواد، معادن وأنصاف نواقل وعوازل.
يكون للمعادن نطاق يكون جزئيا فارغ وجزئيا ممتلئ بغض النظر عن درجة الحرارة، ولهذا يكون لها ناقلية عالية.
أما المواد الصلبة الأخرى (عوازل أو أنصاف نواقل) فيكون فيها النطاق السفلي المشغول بالكامل بالإلكترونات، يدعى هذه النطاق باسم ""نطاق التكافؤ" (valance band) وتدعى الإلكترونات التي تشغل هذا النطاق باسم "إلكترونات النقل" (valance band)(valence electrons). أما النطاق العلوي الذي تكون في معظمه غير مشغول فيدعى باسم "نطاق التوصيل" (conduction band) لأن الإلكترونات تتواجد فيه فقط عندما تكون المادة مثارة (بالتسخين مثلا) عندها تقوم هذه المواد بنقل التيار الكهربائي. يكون الفرق بين المواد العازلة وأنصاف النواقل هو أن فجوة الطاقة بين نطاق التكافؤ ونطاق النقل تكون أكبر في المواد العازلة منها في أنصاف النواقل، وبالتالي يكون من الصعب على الإلكترونات الانتقال إلى ذلك النطاق وبالمحصلة تكون الناقلية الكهربائية أضعف. من أهم العوامل التي تساعد الإلكترونات على الوصول إلى نطاق النقل هو الطاقة الحرارية، حيث أن ناقلية أنصاف النواقل تعتمد بشكل كبير على درجة حرارة المادة.
تعبر طريقة الاندماج الخطي للمدارات الذرية والمدارات الجزيئية (والتي يطلق عليها LCAO MO) في الفيزياء الجزيئية عن تقنية لحساب المدارات الجزيئية في كيمياء الكم. وقد كانت البداية في عام 1929 عن طريق سير جون لينارد جونز وتم استكمالها بمعرفة أوجو فانو.
المدارات يتم التعبير عنها كاندماج خطي للدوال الأساسية, والدوال الأساسية هي دوال لإلكترون واحد متمركز في نواة ذرة الجزيء. وبتقليل الطاقة, يمكن تعيين مجموعة ملائمة من المعاملات للاندماج الخطي.
ويتم هذا باستغلال التشابه في الجزيئات والمدارات المتضمنة في الروابط. الخطوة الأولى في هذه العملية هي تعيين مجموعة نقطية للجزيء. ومثال عام لهذا هو الماء، والذي له تجانس C2v ثم تقليل تمثيل الترابط. وكل نقطة في نقاط التجمع تتم على الجزيء. وعدد الروابط التي لم يتم تحريكها هي المميز لهذه العملية. وهذا التقليل التمثيلي يتم تحليله إلى مجموع التمثيلات التي لم يتم تقليلها. وهذه التمثيلات التي لم يتم تقليلها تنسجم مع تجانس المدارات المتضمنة.
في الفيزياء الذرية، يصوّر نموذج بور الذرة كنواة صغيرة موجبة الشحنة محاطة بالإلكترونات الموجودة في مدارات - وذلك مثل النظام الشمسي. ونظرا لسهولة هذا النموذج فإنه لا يزال يستخدم كمقدمة لدارسي ميكانيكا الكم.سمي هذا النموذج "نموذج بور " على اسم العالم الفيزيائي الكبير نيلز بور الذي اقترحه لتمثيل ذرة الهيدروجين بحيث يتطابق هذا النموذج مع خطوط الطيف المنبعثة من ذرات الهيدروجين ويفسرها .
في أوائل القرن العشرين، أثبتت التجارب التي أجراها إرنست راذرفورد وأخرون أن الذرة تتكون من الكترون سالبة الشحنة تدور في مدارات حول نواة كثيفة وصغيرة وموجبة الشحنة، ولكن ظهرت المشكلة في أن الإلكترونات المشحونة كهربياً عند دورانها تحت تأثير العجلة المركزية تشع طاقة بشكل مستمر فتقل طاقتها وتدور بشكل حلزوني إلى أن تسقط في النواة وقد حددت صيغة لامور فترة حدوث ذلك بما يقرب من 16 بيكوثانية.
وأبسط أنواع الذرات هي ذرة الهيدروجين، والتي تتكون من بروتون وإلكترون مرتبطان معا بالقوى الكهرستاتيكية. وهذا مخالف لنظام الأرض-الشمس، والذي يتم الارتباط فيه عن طريق قوى الجاذبية.
في نموذج بور يمكن للإلكترونات أن تكون فقط على مسافة محددة من البروتون المرتبطة به. وعند تواجدها في أى مكان أخر فإنه يستلزم فقد طاقة (بالإشعاع الضوئي) وأخيرا يقل نصف قطر دوران الإلكترون حول البروتون حتى تسقط فيه مما يؤدى لتدمير الذرة. وقد كان هناك دعم لهذه النظرية بخطوط الطيف، والتي وضحت أن الإلكترونات التي تدور في مدارات ينبعث منها ضوء في ترددات وطاقات معينة.
وعلى هذا فقد اقترح بور في عام 1913 الآتي :
حيث formula_3 إلخ، ويسمى formula_1 عدد كم مداري.
الافتراض رقم (4) ينص على أن أقل مستوى formula_5. ينطبق على أقل نصف قطر في ذرة الهيدروجين ويبلغ 0.0529 نانومتر ، والذي يعرف بنصف قطر بور. وعندما يتواجد إلكترون في أصغر مدار، فلا يمكن أن يقترب من البروتون لأقل من هذه القيمة.
ولوصف أكثر دقة للذرة راجع ميكانيكا الكم. المعالجة الكاملة من ناحية ميكانيكا الكم للذرة أكثر دقة - ولكنها حسابيا أكثر تعقيدا . واستخدام نموذج بور يمكن أن يعطى نتائج مفيدة بمجهودات أقل. والشيء الذي يجب تذكره ومثل النماذج الأخرى، فإن هذا النموذج يساعد في فهم تركيب الذرة، والتي ليست مجرد نظام شمسي مصغر، ذلك لأنه ثبت أن وصف سلوك الإلكترون في الذرة يتم بواسطة ميكانيكا الكم ولا تفلح الميكانيكا التقليدية في وصف سلوكه.
استنتاج مستويات الطاقة الإلكترونية للهيدروجين.
نموذج بور دقيق فقط لنظام يحتوى على إلكترون واحد فقط مثل ذرة الهيدروجين أو الأيون الأحادى للهيليوم. وسيتم استخدام نموذج بور لإستنتاج مستويات الطاقة للهيدروجين.
وسنقوم بالبدء ببيان ثلاثة فروض أولية :
وهذه ثلاث معادلات مع ثلاث معطيات غير معلومة : formula_6 وformula_12 وformula_7. وبعد حل معادلات هذا النظام نجد معادلة واحدة خاصة بالمجهول formula_7 نضعها في المعادلة الخاصة بالطاقة الكلية (الطاقة الكلية = طاقة الحركة + طاقة الوضع ) للإلكترون :
وأخيرا نجد معادلة تعطينا الطاقة للمستويات المختلفة للهيدروجين :
وعلى هذا، يكون أقل مستويات الطاقة للهيدروجين formula_5 يساوى formula_23 eV. ومستوى الطاقة التالى formula_24 يساوى formula_25 إلكترون فولت ، والثالث formula_26 يساوى formula_27 إلكترون فولت، وهكذا.
لاحظ أن كل هذه الطاقات أقل من الصفر، وهذا يعنى أن الإلكترون في حالة ارتباط مع البروتون.
الانتقال بين مستويات الطاقة (معادلة ريدبرغ).
عندما ينتقل الإلكترون من مستوى طاقة لمستوى آخر، فإنه يطلق فوتونا (شعاع ضوء ذو طول موجة محدد (كمومي) . وباستخدام المعادلة الخاصة بمستويات الطاقة للهيدروجين يمكن تحديد الأطوال الموجية للضوء الذي يمكن أن ينبعث من الهيدروجين.
أولا يتم حساب الطاقة التي تنبعث من الهيدروجين بحساب الفرق بين مستويين من مستويات طاقة الهيدروجين :
وحيث ان طاقة الفوتون تساوي :
يكون الطول الموجي للفوتون المنبعث يساوي :
وهذه المعادلة كانت معروفة للعلماء الذين قاموا بعمل دراسة للطيف في القرن التاسع عشر، ولكن لم يكن لديهم إثبات نظري للمعادلة حتى قام بور بفرض نظريته.
القصور في نموذج بور.
فشل نموذج بور في تفسير الآتى :
الفحم اسم يطلق على نوعين أساسين من المواد الكربونية، هما الفحم النباتي والفحم الحجري.
سوية أو مستوى الطاقة في الفيزياء الذرية والفيزياء الجزيئية وكيمياء الكم، هي مدارات وهمية لحالة ترابط بين جيسمين في ميكانيكا الكم مثل حالة الإلكترون المرتبط بالذرة ويدور حول النواة. ويتم استخدام المصطلح غلاف الطاقة كمرجع للتوزيع الإلكتروني في الذرة أو الجزيء. وطبقا لنظرية الكم فإن الإلكترون يوجد فقط في حالات كمومية "مدارات" معينة أو أغلفة ذات طاقة معينة. هذا يعنى أن طاقة الإلكترون في الذرة أو في الجزيء تكون في شكل كمات (اقرأ الطيف و هزاز توافقي لمزيد من التفاصيل). وطبقا لتعريفات طاقة الوضع التقليدية، فإن طاقة الوضع تساوى صفر عند اللا نهاية، مما يؤدى لوجود طاقة وضع سالبة لحالة ترابط الإلكترون في الذرة.
وتبلغ طاقة الارتباط للإلكترون في ذرة الهيدروجين 13.6 إلكترون فولت.
مستوى طاقة الإلكترون في الذرة.
نفترض وجود إلكترون في مدار حول الذرة. فتحدد طاقته بصفة رئيسية على أساس قوة التجاذب الكهروستاتيكي
بينه وبين النواة الموجبة الشحنة. في هذه الحالة تتبع طاقة الإلكترون العلاقة التالية:
حيث formula_2 ثابت رايدبرج Rydberg constant ومقداره 7و13 إلكترون فولت بالنسبة لذرة الهيدروجين، ويختلف هذا الثابت باختلاف العناصر بين 1 إلكترون فولت إلى 103 إلكترون فولت (eV).
والعدد الذري Z
و n عدد الكم الرئيسي
و h ثابت بلانك
و c سرعة الضوء في الفراغ.
يحتل الإلكترون عادة مستوي طاقة الحالة القاعية . وهي على سبيل المثال في النموذج المبين الحالة n= 1 و الحالة القاعية تسمى أحيانا الحالة الأرضية حيث لا يمكن لطاقة الإلكترون تقل عنها . وقد ترتفع طاقة الإلكترون عن طريق الإثارة من الخارج واكتسابه طاقة ترفعه إلى الغلاف n=2 . وتسمي تلك الحالة حالة إثارة وهي تعني أن الإلكترون مثار وبالتالي أن الذرة في حالة إثارة . فيبقى الإلكترون في حالة الإثارة فترة زمنية قصيرة حيث يفضل الهبوط إلى مدارة الأرضي حتى تستقر الذرة . ويستطيع إجراء ذلك عن طريق اصدار الطاقة التي اكتسبها من قبل والتي رفعته من مداره n=1 إلى الغلاف n=2 . أي أن فوتون الضوء الذي يطلقه الإلكترون عند عودته إلى المدار n=1 تكون الفرق بين الطاقة الكمومية للغلاف 2 و الطاقة الكمومية للغلاف 1 . بالتالي تكون طاقة الفوتون المنطلق هي الأخرى كمومية ،أي محددة بفرق طاقة المدارين . ويظهر ذلك في الشكل أعلاه حيث ينطلق من الذرة فوتون أو شعاع ضوئي له تردد محدد.
ويمكن لمستويات الطاقة أن تنفطر أي تنشق قليلا عن بعضها، لو أن نفس مستوى الطاقة تم الوصول إليه بأكثر من حالة كم في ميكانيكا الكم. وتسمي مستويات طاقة منفطرة، ويظهر هذا النفطار أيضا في انفطار أو انشقاق خطوط الطيف للعنصر عند تسليط مجال مغناطيسي خارجي علي ذرات العنصر . وتعرف هذه الظاهرة ب تأثير زيمان. ويمكن أن نرى هذا الانفطار لمستويات طاقة الإلكترون في الذرة أيضا بتسليط مجال كهربائي على العنصر ، نجد أن خطوط طيف العنصر تنقسم أيضا ، وتعرف تلك الظاهرة ب تأثير شتارك .
حالة الجزيء.
في حالة الطاقة الجزيئية، يوجد الجزيء في حالة طاقة ذاتية كمومية أيضا يمكن وصفها طبقا لمعادلة هاملتون للجزيئ . وهي تنتج عن عدة حالات لطاقة الجزيئ : جزء منه يعطي طاقة حركة الإلكترون في الجزيئ ، وجزء ثان يرجع إلي حركة اهتزاز الذرات في الجزيئ ، وجزء ثالث يرجع إلى حركة دوران الجزيئ حول أحد محاوره التناظرية . فيمكن وصف حالة طاقة الجزيئ الكلية بالمعادلة الآتية (طاقة الإلكترونات ، والطاقة الاهتزازية للذرات في الجزيئ ، و طاقة الدوران للجزيئ) :
حيث formula_4 هي قيمة متجه إيجن للهاملتونية الجزيئية الإلكترونية .
ويتم تسمية أغلفة الطاقة الجزيئية طبقا مصطلحات الرموز الجزيئية.
والطاقة المحددة لمركب تعتمد على مستوى طاقة المدار وعلى نوع المادة.
التفاعلات التي تحدد طاقة إلكترون مرتبط في ذرة مفردة.
بفرض أن هناك إلكترون في مدار ذري. طاقة حالته تكون غالبا محددة بقوى الجذب الكهرستاتيكية بين شحنة الإلكترون السالبة وشحنة النواة الموجبة، ويمكن حسابها باستخدام عدد الكم الرئيسي "n".
وعموما فإن هناك تفاعلات عديدة تؤدى لتغييرات بسيطة لمستوى الطاقة، والتي يمكن حسابها عن طريق أعداد الكم الإلكترونية الأخرى، formula_5, formula_6, formula_7. وعند وصف الدالة الموجية للإلكترون بدقة أكثر ،’ يؤدى ذلك إلى انقسام مستويات الطاقة وبالتالي تنحى فكرة انحلال مستويات الطاقة.
القائمة التالية تعطى فكرة عامة لأهم التعديلات لمستويات الطاقة.
حالة مدار مستوى الطاقة.
مستوى الطاقة ينشأ من تفاعل القوى الكهرستاتيكية بين الإلكترون وشحنة نواة الذرة الموجبة، ومن الطاقة الناشئة عن العزم الزاوي للإلكترون (حركية، مغناطيسية)
قيمتها النمطية formula_8 إلكترون فولت.
التفاعل الكهرستاتيكي بين الإلكترون والإلكترونات الأخرى.
لو أن هناك أكثر من إلكترون حول النواة، فإن التفاعل بين الإلكترونات وبعضها يؤدى لزيادة مستوى الطاقة. وغالبا ما يتم تجاهل هذه التفاعلات لو أن التداخل في الفضاء لدالة الإلكترون الموجية قليل.
تاثير زيمان.
شاهد المقالة الرئيسية : تأثير زيمان
عزم المدار الزاوي للإلكترون المقابل للعزم المغناطيسي، يتفاعل مع المجال المغناطيسي الخارجى (تآثر كهرومغناطيسي).
وتكون طاقة التفاعل : formula_9 حيث formula_10
تأثير زيمان عند الإخذ في الاعتبار اللف المغزلي للإلكترون.
وهنا يتم الأخذ في الاعتبار كل من العزم ثنائي القطب الناتج من العزم الزاوي للمدار والعزم المغناطيسي الناتج من اللف المغزلي للإلكترون.
وتبعا لتأثيرات النظرية النسبية في (معادلة ديراك)، فإن العزم الزاوي الناتج من لف الإلكترون الزاوي formula_11 حيث formula_12 معامل الجيرو-مغناطيسية (ويكون تقريبا 2).
وعلى هذا تصبح طاقة التفاعل formula_14.
فصل التركيب الدقيق.
تأثير لف المدار (اقرأ ثابت البناء الدقيق). وقيمته النمطية formula_15 إلكترون فولت.
التركيب الفائق الدقة.
التزاوج بين اللف المغزلي النووي (شاهد التركيب فائق الدقة) وقيمته النمطية formula_16 إلكترون فولت.
تأثير شتارك.
التفاعل مع مجال كهربي خارجي (اقرأ تأثير شتارك)
التسارع أو العَجَلة في الميكانيكا الكلاسيكية، هو معدل تغير السرعة المتجهة بالنسبة للزمن.
التسارع هو كمية فيزيائية تعبر عن معدل تغير السرعة المتجهة في فترة زمنية محددة، من حيث الاتجاه و السرعة.