8: البنية الذرية
- Page ID
- 196712
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
في هذا الفصل، نستخدم ميكانيكا الكم لدراسة بنية وخصائص الذرات. تقدم هذه الدراسة الأفكار والمفاهيم الضرورية لفهم الأنظمة الأكثر تعقيدًا، مثل الجزيئات والبلورات والمعادن. بينما نعمق فهمنا للذرات، نبني على أشياء نعرفها بالفعل، مثل نموذج روثرفورد النووي للذرة، ونموذج بور لذرة الهيدروجين، وفرضية دي بروغلي للموجة.
- 8.1: مقدمة للهيكل الذري
- NGC1763 هو سديم انبعاث في المجرة الصغيرة المعروفة باسم سحابة ماجلان الكبيرة، وهو قمر صناعي لمجرة درب التبانة. يؤين الضوء فوق البنفسجي المنبعث من النجوم الساخنة ذرات الهيدروجين في السديم. مع إعادة تجميع البروتونات والإلكترونات، ينبعث إشعاع بترددات مختلفة. يمكن التنبؤ بتفاصيل هذه العملية بشكل صحيح بواسطة ميكانيكا الكم ويتم فحصها في هذا الفصل.
- 8.2: ذرة الهيدروجين
- على عكس نموذج Bohr لذرة الهيدروجين، لا يتحرك الإلكترون حول نواة البروتون في مسار محدد جيدًا. في الواقع، فإن مبدأ عدم اليقين يجعل من المستحيل معرفة كيفية انتقال الإلكترون من مكان إلى آخر. يمكن وصف ذرة الهيدروجين من حيث وظيفة الموجة وكثافة الاحتمالية والطاقة الكلية والزخم الزاوي المداري. يمكن استخدام الأرقام الكمومية لذرة الهيدروجين لحساب المعلومات المهمة حول الذرة.
- 8.3: عزم ثنائي القطب المغناطيسي المداري للإلكترون
- تحتوي ذرة الهيدروجين على خصائص مغناطيسية لأن حركة الإلكترون تعمل كحلقة تيار. يتم تقسيم مستويات الطاقة لذرة الهيدروجين المرتبطة بالزخم الزاوي المداري بواسطة مجال مغناطيسي خارجي لأن اللحظة المغناطيسية الزاوية المدارية تتفاعل مع المجال. يتم إعطاء الطاقة الكامنة لذرة الهيدروجين المرتبطة بهذا التفاعل المغناطيسي بواسطة\(U = -\vec{\mu} \cdot \vec{B}\).
- 8.4: إلكترون سبين
- مقدار الزخم الزاوي للإلكترون هو = +½. الرقم الكمي لإسقاط الزخم الزاوي الدوراني هو ms =+½ أو −½ (الدوران لأعلى أو الدوران لأسفل). تختلف طاقة نظام البروتون الإلكتروني اعتمادًا على ما إذا كانت اللحظات محاذاة أم لا. تؤدي التحولات بين هذه الحالات (التحولات الدورانية) إلى انبعاث الفوتون.
- 8.5: مبدأ الاستبعاد والجدول الدوري
- يتم شرح البنية والخصائص الكيميائية للذرات جزئيًا من خلال مبدأ استبعاد باولي: لا يمكن أن يكون لإلكترونين في الذرة نفس القيم لجميع الأرقام الكمومية الأربعة (n، l، m، ms). يرتبط هذا المبدأ بخاصيتين للإلكترونات: جميع الإلكترونات متطابقة ولها دوران نصف متكامل (s=1/2).
- 8.6: الأطياف الذرية والأشعة السينية
- يتم امتصاص الإشعاع وانبعاثه من خلال التحولات على مستوى الطاقة الذرية. يمكن استخدام الأرقام الكمومية لتقدير الطاقة والتردد والطول الموجي للفوتونات الناتجة عن التحولات الذرية. يتم إنتاج فوتونات الأشعة السينية عندما يتم ملء الفراغ في الغلاف الداخلي للذرة بإلكترون من الغلاف الخارجي للذرة. يرتبط تردد إشعاع الأشعة السينية بالعدد الذري Z للذرة.
- 8.7: الليزر
- الليزر هو جهاز يصدر ضوءًا متماسكًا وأحادي اللون. ينتج ضوء الليزر عن طريق الانعكاس السكاني وإزالة الإثارة اللاحقة للإلكترونات في مادة (صلبة أو سائلة أو غازية). عندما يحفز فوتون الطاقة إلكترون في حالة غير مستقرة إلى انخفاض الطاقة التي ينبعث منها فوتون إضافي، فإنه يثير الانبعاث المحفز.
الصورة المصغرة: اقتران الدوران والمدار هو تفاعل اللحظة المغناطيسية الدوارة للإلكترون\(\vec{\mu}_s\) مع لحظته المغناطيسية المدارية\(\vec{\mu}_l\).