8.S: البنية الذرية (ملخص)
- Page ID
- 196717
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)الشروط الرئيسية
| رقم الكم المداري للزخم الزاوي (l) | العدد الكمي المرتبط بالزخم الزاوي المداري للإلكترون في ذرة الهيدروجين |
| الرقم الكمي لإسقاط الزخم الزاوي (م) | الرقم الكمي المرتبط بالمكون z في الزخم الزاوي المداري للإلكترون في ذرة الهيدروجين |
| مداري ذري | منطقة في الفضاء تضم نسبة معينة (عادة 90٪) من احتمال الإلكترون |
| بوهر ماغنيتون | العزم المغناطيسي للإلكترون، يساوي\(\displaystyle 9.3×10^{−24}J/T\) أو\(\displaystyle 5.8×10^{−5}eV/T\) |
| إشعاع الكبح | الإشعاع الناتج عن استهداف المعدن بشعاع إلكتروني عالي الطاقة (أو الإشعاع الناتج عن تسريع أي جسيم مشحون في مادة ما) |
| مجموعة كيميائية | مجموعة من العناصر في نفس العمود من الجدول الدوري التي تمتلك خصائص كيميائية مماثلة |
| ضوء متماسك | ضوء يتكون من فوتونات من نفس التردد والطور |
| رابطة تساهمية | رابطة كيميائية تتكون من مشاركة الإلكترونات بين ذرتين |
| تكوين الإلكترون | تمثيل حالة الإلكترونات في الذرة، مثل\(\displaystyle 1s^22s^1\) الليثيوم |
| هيكل جيد | الهيكل التفصيلي للأطياف الذرية الناتجة عن الاقتران بين الدوران والمدار |
| الفلورسينية | الإشعاع الناتج عن الإثارة والإزالة التدريجية اللاحقة للإلكترون في الذرة |
| هيكل فائق الدقة | الهيكل التفصيلي للأطياف الذرية الناتجة عن الاقتران بين الدوران والمدار |
| رابطة أيونية | رابطة كيميائية تتكون من الجذب الكهربائي بين أيونين متعاكسين |
| ليزر | ضوء متماسك ناتج عن سلسلة من عمليات إزالة الإثارة الإلكترونية |
| رقم الكم المداري المغناطيسي | مصطلح آخر للرقم الكمي لإسقاط الزخم الزاوي |
| ماغنيتوغرام | تمثيل تصويري، أو خريطة، للنشاط المغناطيسي على سطح الشمس |
| حالة غير مستقرة | الحالة التي «يبقى فيها» الإلكترون في حالة الإثارة |
| أحادي اللون | ضوء يتكون من فوتونات بنفس التردد |
| مؤامرة موسلي | رسم العدد الذري مقابل الجذر التربيعي لتردد الأشعة السينية |
| قانون موسلي | العلاقة بين العدد الذري وتردد الفوتون بالأشعة السينية لإنتاج الأشعة السينية |
|
لحظة ثنائية القطب المغناطيسي المداري |
قياس قوة المجال المغناطيسي الناتج عن الزخم الزاوي المداري للإلكترون |
| مبدأ استبعاد باولي | لا يوجد إلكترونان في الذرة يمكن أن يكون لهما نفس القيم لجميع الأرقام الكمومية الأربعة\(\displaystyle (n,l,m,ms)\) |
| انعكاس السكان | الحالة التي تحتوي فيها غالبية الذرات على إلكترونات في حالة قابلة للإنتقال |
| رقم الكم الرئيسي (n) | العدد الكمي المرتبط بالطاقة الكلية للإلكترون في ذرة الهيدروجين |
| دالة الكثافة الاحتمالية الشعاعية | استخدام الدالة لتحديد احتمال العثور على إلكترون في فترة مكانية في r |
| قواعد الاختيار | القواعد التي تحدد ما إذا كانت التحولات الذرية مسموح بها أم محظورة (نادرة) |
| الرقم الكمي للإسقاط الدوراني (\(\displaystyle m_s\)) | العدد الكمومي المرتبط بالمكون z في الزخم الزاوي للإلكترون |
| عدد (أرقام) الكم المغزلي | العدد الكمي المرتبط بالزخم الزاوي للدوران للإلكترون |
| انتقالات الدوران | التحولات الذرية بين حالات نظام البروتون الإلكتروني الذي تتم فيه محاذاة اللحظات المغناطيسية وعدم محاذاتها |
| اقتران الدوران والمدار | التفاعل بين اللحظة المغناطيسية للإلكترون والمجال المغناطيسي الناتج عن الزخم الزاوي المداري للإلكترون |
| انبعاث محفز | عندما يقوم فوتون الطاقة بتشغيل إلكترون في حالة غير مستقرة لانخفاض الطاقة مما ينبعث منه فوتون إضافي |
| معدن انتقالي | عنصر موجود في الفجوة بين العمودين الأولين والأعمدة الستة الأخيرة من جدول العناصر التي تحتوي على الإلكترونات التي تملأ الغلاف الفرعي d |
| إلكترون التكافؤ | إلكترون في الغلاف الخارجي للذرة التي تشارك في الترابط الكيميائي |
| تأثير زيمان | تقسيم مستويات الطاقة بواسطة مجال مغناطيسي خارجي |
المعادلة الرئيسية
| الزخم الزاوي المداري | \(\displaystyle L=\sqrt{l(l+1)}ℏ\) |
| z - مكون الزخم الزاوي المداري | \(\displaystyle L_z=mℏ\) |
| دالة الكثافة الاحتمالية الشعاعية | \(\displaystyle P(r)dr=∣ψ_{n00}∣^24πr^2dr\) |
| الزخم الزاوي للدوران | \(\displaystyle S=\sqrt{s(s+1)}ℏ\) |
| z - مكون الزخم الزاوي الدوراني | \(\displaystyle S_z=m_sℏ\) |
| لحظة مغناطيسية تدور للإلكترون | \(\displaystyle \vec{μ_s}=(\frac{e}{m_e})\vec{S}\) |
| عزم ثنائي القطب المغناطيسي المداري للإلكترون | \(\displaystyle \vec{μ}=−(\frac{e}{2m_e})\vec{L}\) |
| الطاقة الكامنة المرتبطة بالتفاعل المغناطيسي بين عزم ثنائي القطب المغناطيسي المداري والمجال المغناطيسي الخارجي\(\displaystyle vec{B}\) | \(\displaystyle U(θ)=−μ_zB=mμ_BB\) |
| الحد الأقصى لعدد الإلكترونات في الغلاف الفرعي لذرة الهيدروجين | \(\displaystyle N=4l+2\) |
| قاعدة الاختيار للتحولات الذرية في ذرة تشبه الهيدروجين | \(\displaystyle Δl=±1\) |
| قانون موسلي لإنتاج الأشعة السينية | \(\displaystyle (Z−1)=constant\sqrt{f}\) |
ملخص
8.1 ذرة الهيدروجين
- يمكن وصف ذرة الهيدروجين من حيث وظيفة الموجة وكثافة الاحتمالية والطاقة الكلية والزخم الزاوي المداري.
- يتم تحديد حالة الإلكترون في ذرة الهيدروجين من خلال أرقامه الكمومية (n، l، m).
- على عكس نموذج Bohr للذرة، يقوم نموذج Schrödinger بعمل تنبؤات تستند إلى بيانات الاحتمالات.
- يمكن استخدام الأرقام الكمومية لذرة الهيدروجين لحساب المعلومات المهمة حول الذرة.
8.2 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.
- يمكن استخدام الأعداد الكمومية للإلكترون في ذرة الهيدروجين لحساب حجم واتجاه عزم ثنائي القطب المغناطيسي المداري للذرة.
8.3 إلكترون سبين
- يمكن التعبير عن حالة الإلكترون في ذرة الهيدروجين بدلالة خمسة أرقام كمية.
- مقدار الزخم الزاوي الدوراني للإلكترون هو =\(\displaystyle +½\). الرقم الكمي لإسقاط الزخم الزاوي الدوراني هو\(\displaystyle ms =+½\) أو\(\displaystyle −½\) (الدوران لأعلى أو الدوران لأسفل).
- يتم تفسير الهياكل الدقيقة وفائقة الدقة لطيف الهيدروجين من خلال التفاعلات المغناطيسية داخل الذرة.
8.4 مبدأ الاستبعاد والجدول الدوري
- ينص مبدأ استبعاد باولي على أنه لا يوجد إلكترونان في الذرة يمكن أن يكون لهما نفس الأرقام الكمومية.
- يمكن تفسير بنية الجدول الدوري للعناصر من حيث الطاقة الكلية والزخم الزاوي المداري ودوران الإلكترونات في الذرة.
- يمكن التعبير عن حالة الذرة من خلال تكوين الإلكترون الخاص بها، والذي يصف الأصداف والأصداف الفرعية المملوءة بالذرة.
8.5 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.
- يحدث التألق الذري عندما يتم تحفيز إلكترون في الذرة على ارتفاع عدة خطوات فوق الحالة الأرضية عن طريق امتصاص الفوتون فوق البنفسجي عالي الطاقة (UV).
- 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.
8.6 أجهزة الليزر
- ضوء الليزر هو ضوء متماسك (أحادي اللون و «مرتبط بالمرحلة»).
- ينتج ضوء الليزر عن طريق الانعكاس السكاني وإزالة الإثارة اللاحقة للإلكترونات في مادة (صلبة أو سائلة أو غازية).
- تستخدم مشغلات الأقراص المضغوطة وBlu-Ray الليزر لقراءة المعلومات الرقمية المخزنة على الأقراص.