دوم دبیرستان 2

به نام خدا

اتم - کهکشان شگفتیها – قسمت دوم

کریمی -  دانش آموز  پیش دانشگاهی – دبیرستان رضویه

با پذیرفتن مدل اتمی رادرفورد این سوال برای دانشمندان پیش آمد ، که طیف نشری خطی اتم عناصر ، حاصل از چیست ؟

در این هنگام نیلس بور با پذیرفتن مدل اتمی رادرفورد چنین پیشنهاد داد که الکترون ها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی قرار دارند و در این سطوح به دور هسته اتم در حال چرخیدن هستند . انرژی الکترون هایی که در سطوح انرژی پایین تر به هسته نزدیک تر هستند ، نسبت به الکترون هایی که از هسته دورند ، انرژی کمتری دارند . پس برای انتقال الکترون از سطح انرژی پایین به سطح انرژی بالا ، باید انرژی معادل اختلاف انرژی بین آن دو سطح ، را به آن الکترون بدهیم . پس انرژی الکترون ها در یک اتم کوانتیده است .

مدل اتمی بور توانست به ما نشان دهد که طیف نشر خطی که از اتم عناصر گسیل می شود ، بر اثر انتقال الکترون ها از سطوح انرژی بالا به سطوح انرژی پایین است ، که در این انتقال انرژی الکترون کاهش و به صورت نور و گرما آزاد می شود . که اگر این نور آزاد شده را از منشور عبور دهیم طیف نشری آن مشخص می شود . بور ، بیشتر مدل اتمی خود را بر اساس آزمایش هایی که با اتم های هیدروژن و هیلیم انجام داده بود مطرح می ساخت به همین دلیل مدل اتمی او ( که به مدل منظومه شمسی معروف است ) برای اتم های سنگینی مانند اورانیم ، آهن و ... صدق نمی کرد . در این هنگام مدل اتمی کوانتمی (یا ابر الکترونی ) به همکاری بسیاری از دانشمندان به در عرصه رقابت مطرح شد . از جمله دانشمندانی که در این مدل اتمی سهم چشمگیری داشتند ، هایزنبگ ، پلانک و شرودینگر را می توان نام برد . البته انیشتین با ارائه فرمول های خود نیز توانست به این مدل اتمی کمک کند .

طبق این مدل اتمی اتم از هسته و الکترون تشکیل شده است ، که هسته در مرکز اتم قرار دارد و الکترون ها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی حرکت می کنند ( در اینجا باید توجه داشت که همه الکترون ها به دور هسته نمی چرخند بلکه در اطراف آن در حال حرکت هستند ) ، اما تعیین دقیق مکان (موضع ) و سرعت ( نوع حرکت ) الکترون ها به طور هم زمان و در یک لحظه امکان پذیر نیست . الکترون ها در اطراف هسته اتم در فضای مشخصی حرکت می کنند ، که به این فضای اطراف اتم که بیشترین احتمال وجود اتم را دارد ، اوربیتال می گویند . اوربیتال ها در واقع تراز انرژی الکترون ها را مشخص می کنند . هر کدام از این اوربیتال ها به چند زیر لایه تقسیم می شوند که الکترون های زیر لایه های یک اوربیتال ، دارای انرژی یکسانی هستند .

در مدل اتمی کوانتمی ، تجسم اتم بسیار مشکل است . به همین دلیل بعضی از افراد برای مطالعه دگرگونی های اتم در یک واکنش از مدل اتمی بور استفاده می کنند .

البته مدل کوانتمی را در صفحه های سه بعدی (رایانه ) نشان می دهند .

ورنر هایزنبرگ ، دانشمند آلمانی ، خاطر نشان ساخت که تعیین دقیق الکترون ( موضع ومکان آن ) و همچنین اندازه سرعت آن (نوع حرکت ) در یک لحظه امکان پذیر نیست

برای دیدن جسمی وهمچنین تشخیص محل آن کافیست یک فوتون را به سطح آن گسیل کنیم و با انعکاس آن فوتون از سطح و بازگشتش به حسگر های مجازی یا حقیقی ( چشم یا هر نوع حسگر مجازی که رادار ها را دریافت می کند ) ، موقعیت آن جسم را بازگو می کند . طبق قوانین پلانک در مورد امواج ، فوتون دارای طول موج و همچنین انرژی می باشد ، به همین دلیل هنگامی که به سطح جسم برخورد می کند ، مقداری از انرژی خود را به سطح جسم مقابل منتقل می کند . اما ممکن است تاثیری بر آن نداشته باشد . ( مانند برخورد نور به سطح آینه وانعکاس آن ) اما اگر بخواهیم موقعیت یا جایگاه احتمالی الکترون ها را در اطراف هسته اتم بیابیم و یک فوتون به الکترون بتابانیم ، الکترون با دریافت مقداری انرژی از فوتون ، سرعتش افزایش می یابد ، و در نتیجه می توانیم از جایگاه و محل حرکت الکترون مطلع شویم ، اما نمی توانیم از حرکت و سرعت آن سخنی بگوییم و اگر با انجام آزمایش هایی (از جمله استفاده از میدان مغناطیسی ) بتوانیم سرعت الکترون را ثبت کنیم ، در اینجا نمی توانیم به طور دقیق محل حرکت الکترون را مشخص کنیم . این بیان به عنوان عدم قطعیت هایزنبرگ شناخته شده است . پس ما در واقع اشکال اوربیتال ها را بر اساس امواجی که از الکترون ها ساطع می شود ، مجسم می کنیم . منابع : فیزیک پایه جلد چهارم نوشته فرانک بلت .شیمی عمومی نوشته مورتیمر