الدرس 2-1النماذج الذرّية
تطورات في تعرّف بنية الذرّة
🎯 ستتعلم أن
- تصف نموذج بور للذرّة.
- توضّح لماذا اعتبر العلماء الإلكترونات موجات.
- تصف نموذج السحابة الإلكترونية.
- ترتّب النماذج الذرّية حسب تطوّرها.
🔤 مفردات جديدة
السحابة الإلكترونية
نموذج بور: الإلكترونات في مدارات
في القرن العشرين عمل الفيزيائيون على تفسير كيفية ترتيب الإلكترونات في الذرّة.
كان من الطبيعي التفكير في أن الإلكترونات السالبة تنجذب إلى النواة الموجبة، بالطريقة نفسها التي ينجذب بها القمر إلى الأرض. وهذا ما أفاد به العالم نيلز بور:
✋ سؤال سريع
بماذا شبّه العلماء انجذاب الإلكترونات إلى النواة في نموذج بور؟
الإلكترونات السالبة تنجذب إلى النواة الموجبة كما ينجذب القمر إلى الأرض، فتتحرّك في مدارات حولها.
اعرض الإجابة
أ) بانجذاب القمر إلى الأرض —الإلكترونات السالبة تنجذب إلى النواة الموجبة كما ينجذب القمر إلى الأرض، فتتحرّك في مدارات حولها.
✋ سؤال سريع
أين توجد الإلكترونات في نموذج بور؟
في نموذج بور تتحرّك الإلكترونات في مدارات حول النواة، ولكل مدار طاقة معيّنة.
اعرض الإجابة
ب) في مدارات حول النواة لكل منها طاقة معيّنة —في نموذج بور تتحرّك الإلكترونات في مدارات حول النواة، ولكل مدار طاقة معيّنة.
الإلكترونات كموجات
فسّرت حسابات بور المعطيات التجريبية لعلماء آخرين، لكن العلماء قالوا بعد ذلك إن:
- الإلكترونات ليست ثابتة في مدارات محدّدة.
- لا يمكن توقّع حركتها في المدار أو وصفها بسهولة.
- لا يمكن معرفة موقع الإلكترون بدقّة في لحظة معيّنة.
ولتفسير هذه الطبيعة غير المتوقّعة للإلكترونات، وجد الفيزيائيون حلًّا غير تقليدي: اعتبار الإلكترونات موجات وليس جُسيمات. وقاد ذلك إلى نماذج رياضية ومعادلات فسّرت كثيرًا من النتائج التجريبية.
✋ سؤال سريع
ما الحلّ غير التقليدي الذي استعمله الفيزيائيون لتفسير سلوك الإلكترونات؟
اعتبر الفيزيائيون الإلكترونات موجات وليس جُسيمات، فقادهم ذلك إلى نماذج رياضية جديدة فسّرت النتائج التجريبية.
اعرض الإجابة
أ) اعتبار الإلكترونات موجات وليس جُسيمات —اعتبر الفيزيائيون الإلكترونات موجات وليس جُسيمات، فقادهم ذلك إلى نماذج رياضية جديدة فسّرت النتائج التجريبية.
نموذج السحابة الإلكترونية
يحدّد النموذج الجديد للذرّة المنطقة التي يحتمل أن توجد فيها الإلكترونات، بدلًا من تحديد مسار ثابت لكل إلكترون.
- يحتمل أن توجد الإلكترونات في أقرب منطقة من النواة، أكثر من احتمال وجودها في أبعد منطقة عنها، بسبب جذب البروتونات الموجبة لها.
- قد توجد الإلكترونات في أي مكان حول النواة؛ فليس للسحابة حدود واضحة.
- قام نيلز بور عن طريق الحسابات بتحديد المنطقة التي يُتوقّع أن يوجد فيها الإلكترون في ذرّة الهيدروجين.
✋ سؤال سريع
أين يكون احتمال وجود الإلكترون أكبر في نموذج السحابة الإلكترونية؟
يحتمل أن توجد الإلكترونات قريبًا من النواة أكثر من وجودها بعيدًا عنها، بسبب جذب البروتونات الموجبة لها.
اعرض الإجابة
أ) قريبًا من النواة —يحتمل أن توجد الإلكترونات قريبًا من النواة أكثر من وجودها بعيدًا عنها، بسبب جذب البروتونات الموجبة لها.
✋ سؤال سريع
لماذا لا نستطيع رسم حدود واضحة للسحابة الإلكترونية؟
الإلكترونات قد توجد في أي مكان حول النواة، لذلك ليس للسحابة الإلكترونية حدود واضحة.
اعرض الإجابة
أ) لأن الإلكترونات قد توجد في أي مكان حول النواة —الإلكترونات قد توجد في أي مكان حول النواة، لذلك ليس للسحابة الإلكترونية حدود واضحة.
رحلة تطوّر نموذج الذرّة
تطوّر تصوّر العلماء للذرّة عبر التجارب، فكل نموذج جديد صحّح ما قبله:
✋ سؤال سريع
رتّب النماذج الذرّية من الأقدم إلى الأحدث:
دالتون (كرة مصمتة) ← طومسون (كرة موجبة فيها إلكترونات) ← راذرفورد (النواة) ← بور (المدارات)، ثم نموذج السحابة الإلكترونية.
اعرض الإجابة
ب) دالتون ← طومسون ← راذرفورد ← بور —دالتون (كرة مصمتة) ← طومسون (كرة موجبة فيها إلكترونات) ← راذرفورد (النواة) ← بور (المدارات)، ثم نموذج السحابة الإلكترونية.
✋ سؤال سريع
أيّ النماذج كان أول من تضمّن وجود النواة؟
نموذج راذرفورد هو أول نموذج تضمّن وجود نواة صغيرة موجبة في مركز الذرّة، بعد تجربة صفيحة الذهب.
اعرض الإجابة
ج) نموذج راذرفورد —نموذج راذرفورد هو أول نموذج تضمّن وجود نواة صغيرة موجبة في مركز الذرّة، بعد تجربة صفيحة الذهب.
أحسنت! أنهيت «تطورات في تعرّف بنية الذرّة»
📝 الخلاصة
- اقترح نيلز بور أن الإلكترونات تتحرّك في مدارات حول النواة، كما ينجذب القمر إلى الأرض.
- وجد العلماء بعدها أن الإلكترونات ليست ثابتة، ولا يمكن معرفة موقع الإلكترون بدقّة في لحظة معيّنة.
- اعتبر الفيزيائيون الإلكترونات موجات وليس جُسيمات، فقادهم ذلك إلى نماذج رياضية جديدة.
- السحابة الإلكترونية هي المنطقة حول النواة التي يحتمل أن توجد فيها الإلكترونات غالبًا.
- احتمال وجود الإلكترون قرب النواة أكبر من احتمال وجوده بعيدًا عنها، وليس للسحابة حدود واضحة.
- تطوّر نموذج الذرّة: دالتون ← طومسون ← راذرفورد ← بور ← السحابة الإلكترونية.