76
منتدى علم الفيزياء العام / أسئلة حول الذرة
« في: يوليو 29, 2005, 09:01:38 مساءاً »
أخي المبدع أرشميدس مصر... إخواني... يجب أن نعرف أولا ماهي كيفية تطورالنماذج الذرية لمزيد من التوضيح والفائدة... (سوف أذكر من رذرفورد فما بعده ...)
فبعد نموذج رذرفورد الذي نجح في معرفة توزيع الكتلة والشحنة في الذرة.... تأتي بعد ذلك نماذج ميكانيكا الكم (القديمة وهي نظرية بور ونظرية بور-سومر فيلد)
أحدثت تلك النظريات ثورة في مفهومنا عن الذرة حيث تم إدخال مفهوم التكمية (التكميم) للنموذج الذري لأول مرة في نموذج بور الذري ويسمى (نموذج بور لذرة الهيدروجين)...
..ففي ذلك الوقت كانت دراسة النماذج الذرية تتم على الذرة الأبسط..ذات الالكترون الوحيد أي أنها تعالج فقط ذرة الهيدروجين Bohr's atomic Model for hydrogen atom ( وجد فيما بعد أنها صالحة للتطبيق على الذرات الشبيهة بذرة الهيدروجين أيضا وتفشل فيما عدا ذلك من الذرات فشلا ذريعا) ، تقوم نظرية بور على عدة فروض:
1- تتحرك الإلكترونات حول النواة في مدارات دائرية الشكل ثابتة...ومحددة بحيث لاينشأ عن هذا الدوران أي اشعاع كهرومغناطيسي وبالتالي فقد أو تغير في طاقة هذا الالكترون .
2- لكل مدار يوجد عدد كمي مداري n يختص به كل مدار رئيس، بحيث تكون كمية التحرك المسموح بها في المدارات الالكترونية الذرية هي:L=mVr=n h/2pi
3- ينبعث اشعاع كهرومغناطيسي بسبب انتقال أو عودة الالكترونات المثارة (التي تكون في مستوى طاقــة أعلى عن مستوى الطاقة الأرضي لهذا الالكترون ground state) إلى مداراتها الأصلية أي في الحالة الأرضية ومعلوم أن هناك انتقالات مسموحة وأخرى لايمكن حدوثها)،وطاقة هذا الاشعاع hv المنبعث يساوي الفرق بين طاقتي المستويينE2-E1...
هذه هي فروض نظرية بور...التي تعتبر خليطا بين الفيزياء التقليدية والفيزياء الكمية، حيث تجلت الفيزياء التقليدية في معالجة بور لقوة جذب النواة للالكترونات بافتراض أن مايمنع النواة من جذب تلك الالكترونات هو سيرها بسرعات تكون كافية لجعل القوة الطاردة المركزية الناشئة عن حركتها المدارية مساوية لقوة الجذب الكولومية للنواة ... أما الفيزياء الكمية فتجلت في تحديده لهذه المدارات وإدخال قاعدة الكم في تحديد كمية التحرك الزاوية للالكترون في مداره.
أما الفرض الثالث فقد أضافه لتفادي تحطيم نموذجه حسب نظرية ماكسويل في الكهرومغناطيسية(وسأوجز هذه الفكرة)..لأنه حسب نظرية ماكسويل فإنه نتيجة لدوران جسم مشحون بشحنة ما (إلكترون هنا) في مدار حول جسم آخر ذو شحنة معاكسة سوف تنبعثمن الالكترون اشعاعات كهرومغناطيسية أي أنه سيفقد جزءا من طاقته تدريجيا وبالتالي يصغر مداره تدريجيا ...وسيحدث ذلك تباعا لجميع الالكترونات وينتهي بها المطاف بالتصاقها بالنواة..وهذا بخلاف النتائج المعروفة من نموذج رذرفورد ...هذا سبب فرضه الثالث..( مفهوم أنصاف أقطار المدارات المستقرة)..
صمد نموذج بوهر طويلاً خصوصا مع اتفاقه مع نظرية دي برولي (الخاصية المزدوجة للجسيمات والاشعاع)...ولكني أعتقد في شرحي لهذه النقطة إسهاب في الموضوع..( تتعلق برنين موجة الالكترون وعلاقتها بتحديد مداره)...وسأكتب عنها إذا أردت مزيدا من التوضيح..رغم اقتناعي أني حتى الآن لم أضف لديك جديدا لاتعرفه...ولكني أردت تعميم الفائدة وتوضيح الفكرة...
**نموذج بور-سومرفيلد Bohr-Sommerfeld model :
يظل النموذج هو نفسه ذرة بور فيما عدا تعديل قام به سومرفيلد على نموذج بور في أشكال المدارات حيث افترض بور في نموذجه أن المدارات الذرية دائرية الشكل، أدخل سومر فيلد مفهوم وجود مدارات أخرى اهليلجية الشكل (شكل قطع ناقص)(وهو ماتستطيع أن تراه في الرسوم أعلاه) طبعا قطع ناقص* فراغي *، بحيث تكون نواة الذرة في إحدى بؤرتي الشكل الناقص
( أي أن الالكترون يكون أحيانا قريبا من النواة وأحيانا بعيدا عنها كما في مدارات الكواكب رغم أني لا أحب هذا التشبيه ففيه الكثير من الأخطاء ولكن فقط أردت أن أوضح هذه النقطة)..
.ومعلوم أن الاحداثيات المتغيرة لحركة الالكترون في مدار دائري كالمدار s
(بالأصح كروي ) هو الزاوية أما نصف القطر r فيظل ثابتا(البعد عن النواة)، أما في القطع الناقص فكلامن r و theta الزاوية تتغيران. (ملاحظة: الاحداثيات المستخدمه في وصف نموذجي بور وكذلك بور-سومرفيلد هي الاحداثيات القطبية الكروية)، ونتيجة لهذه الاضافة من أخينا سومرفيلد فإنه يلزم التعديل على الفرض الثاني عن كمية التحرك المسموح بها للمدار الدائري -في نموذج بور- ....
سأعود قريبا لأكمل... لأني أود كتابة بعض المعادلات للتوضيح ولكن برنامج كتابة المعادلات لم يعمل معي...سأحاول ثم أعود قريبا إن شاء الله...
وأرجو إن استطعت يا أخ أرشميدس إرسال لنك للبرنامج الذي تستخدمه في كتابة المعادلات هنا بالمنتدى لأن المعادلات لاتغدو واضحة وجميلة بالطريقة العادية...
إن شاء الله للحديث بقية عن نموذج بور-سومرفيلد لأتحدث بعدها عن قصور نماذج ميكانيك الكم القديمة في بعض التفسيرات..وماالمقصود بنظريات ميكانيك الكم الجديدة ووجهة نظري في أوجه الاختلاف بينها... وأرجو سماع آرائكم...
فبعد نموذج رذرفورد الذي نجح في معرفة توزيع الكتلة والشحنة في الذرة.... تأتي بعد ذلك نماذج ميكانيكا الكم (القديمة وهي نظرية بور ونظرية بور-سومر فيلد)
أحدثت تلك النظريات ثورة في مفهومنا عن الذرة حيث تم إدخال مفهوم التكمية (التكميم) للنموذج الذري لأول مرة في نموذج بور الذري ويسمى (نموذج بور لذرة الهيدروجين)...
..ففي ذلك الوقت كانت دراسة النماذج الذرية تتم على الذرة الأبسط..ذات الالكترون الوحيد أي أنها تعالج فقط ذرة الهيدروجين Bohr's atomic Model for hydrogen atom ( وجد فيما بعد أنها صالحة للتطبيق على الذرات الشبيهة بذرة الهيدروجين أيضا وتفشل فيما عدا ذلك من الذرات فشلا ذريعا) ، تقوم نظرية بور على عدة فروض:
1- تتحرك الإلكترونات حول النواة في مدارات دائرية الشكل ثابتة...ومحددة بحيث لاينشأ عن هذا الدوران أي اشعاع كهرومغناطيسي وبالتالي فقد أو تغير في طاقة هذا الالكترون .
2- لكل مدار يوجد عدد كمي مداري n يختص به كل مدار رئيس، بحيث تكون كمية التحرك المسموح بها في المدارات الالكترونية الذرية هي:L=mVr=n h/2pi
3- ينبعث اشعاع كهرومغناطيسي بسبب انتقال أو عودة الالكترونات المثارة (التي تكون في مستوى طاقــة أعلى عن مستوى الطاقة الأرضي لهذا الالكترون ground state) إلى مداراتها الأصلية أي في الحالة الأرضية ومعلوم أن هناك انتقالات مسموحة وأخرى لايمكن حدوثها)،وطاقة هذا الاشعاع hv المنبعث يساوي الفرق بين طاقتي المستويينE2-E1...
هذه هي فروض نظرية بور...التي تعتبر خليطا بين الفيزياء التقليدية والفيزياء الكمية، حيث تجلت الفيزياء التقليدية في معالجة بور لقوة جذب النواة للالكترونات بافتراض أن مايمنع النواة من جذب تلك الالكترونات هو سيرها بسرعات تكون كافية لجعل القوة الطاردة المركزية الناشئة عن حركتها المدارية مساوية لقوة الجذب الكولومية للنواة ... أما الفيزياء الكمية فتجلت في تحديده لهذه المدارات وإدخال قاعدة الكم في تحديد كمية التحرك الزاوية للالكترون في مداره.
أما الفرض الثالث فقد أضافه لتفادي تحطيم نموذجه حسب نظرية ماكسويل في الكهرومغناطيسية(وسأوجز هذه الفكرة)..لأنه حسب نظرية ماكسويل فإنه نتيجة لدوران جسم مشحون بشحنة ما (إلكترون هنا) في مدار حول جسم آخر ذو شحنة معاكسة سوف تنبعثمن الالكترون اشعاعات كهرومغناطيسية أي أنه سيفقد جزءا من طاقته تدريجيا وبالتالي يصغر مداره تدريجيا ...وسيحدث ذلك تباعا لجميع الالكترونات وينتهي بها المطاف بالتصاقها بالنواة..وهذا بخلاف النتائج المعروفة من نموذج رذرفورد ...هذا سبب فرضه الثالث..( مفهوم أنصاف أقطار المدارات المستقرة)..
صمد نموذج بوهر طويلاً خصوصا مع اتفاقه مع نظرية دي برولي (الخاصية المزدوجة للجسيمات والاشعاع)...ولكني أعتقد في شرحي لهذه النقطة إسهاب في الموضوع..( تتعلق برنين موجة الالكترون وعلاقتها بتحديد مداره)...وسأكتب عنها إذا أردت مزيدا من التوضيح..رغم اقتناعي أني حتى الآن لم أضف لديك جديدا لاتعرفه...ولكني أردت تعميم الفائدة وتوضيح الفكرة...
**نموذج بور-سومرفيلد Bohr-Sommerfeld model :
يظل النموذج هو نفسه ذرة بور فيما عدا تعديل قام به سومرفيلد على نموذج بور في أشكال المدارات حيث افترض بور في نموذجه أن المدارات الذرية دائرية الشكل، أدخل سومر فيلد مفهوم وجود مدارات أخرى اهليلجية الشكل (شكل قطع ناقص)(وهو ماتستطيع أن تراه في الرسوم أعلاه) طبعا قطع ناقص* فراغي *، بحيث تكون نواة الذرة في إحدى بؤرتي الشكل الناقص
( أي أن الالكترون يكون أحيانا قريبا من النواة وأحيانا بعيدا عنها كما في مدارات الكواكب رغم أني لا أحب هذا التشبيه ففيه الكثير من الأخطاء ولكن فقط أردت أن أوضح هذه النقطة)..
.ومعلوم أن الاحداثيات المتغيرة لحركة الالكترون في مدار دائري كالمدار s
(بالأصح كروي ) هو الزاوية أما نصف القطر r فيظل ثابتا(البعد عن النواة)، أما في القطع الناقص فكلامن r و theta الزاوية تتغيران. (ملاحظة: الاحداثيات المستخدمه في وصف نموذجي بور وكذلك بور-سومرفيلد هي الاحداثيات القطبية الكروية)، ونتيجة لهذه الاضافة من أخينا سومرفيلد فإنه يلزم التعديل على الفرض الثاني عن كمية التحرك المسموح بها للمدار الدائري -في نموذج بور- ....
سأعود قريبا لأكمل... لأني أود كتابة بعض المعادلات للتوضيح ولكن برنامج كتابة المعادلات لم يعمل معي...سأحاول ثم أعود قريبا إن شاء الله...
وأرجو إن استطعت يا أخ أرشميدس إرسال لنك للبرنامج الذي تستخدمه في كتابة المعادلات هنا بالمنتدى لأن المعادلات لاتغدو واضحة وجميلة بالطريقة العادية...
إن شاء الله للحديث بقية عن نموذج بور-سومرفيلد لأتحدث بعدها عن قصور نماذج ميكانيك الكم القديمة في بعض التفسيرات..وماالمقصود بنظريات ميكانيك الكم الجديدة ووجهة نظري في أوجه الاختلاف بينها... وأرجو سماع آرائكم...