تبلیغات
دانستنی های شیمی - مدل کوانتومی اتم
به وبلاگ من خوش آمدید
بازدیدهای امروز:
بازدیدهای دیروز:
كل بازدیدها:
كل مطالب:
كل نظرات:
ایجاد صفحه: - ثانیه

  



این مدل بر اساس خاصیت موجی الکترون بنا شده است. در این مدل الکترون همانند موجی گسترده در اطراف هسته‌ی اتم در نظر گرفته می‌شود. در واقع نمی‌توان الکترون را ذره‌ای در حال گردش به دور هسته در یک مسیر معین تصور کرد. موج الکترون همزمان در تمام فضای اطراف هسته وجود دارد. این مدل در نیمه‌ی اول قرن بیستم میلادی تکامل یافت و نمی‌توان آن را ایده‌ی یک نفر به ‌شمار آورد. آزمایش‌های گوناگونی نشان می‌دادند که ذرات زیر اتمی از قوانین شناخته شده‌ی فیزیک نیوتنی ( فیزیک کلاسیک) پیروی نمی‌کنند. برای توصیف رفتار چنین ذراتی از مجموعه‌ای از قوانین به نام « مکانیک کوانتومی » استفاده می‌شود که محصول کار و اندیشه‌ی دانشمندان بزرگی چون « آلبرت اینشتین – ماکس پلانک – لوییس دوبروی –  نیلز بور – ورنر هایزنبرگ – ماکس بورن و ... می‌باشد:

- ماکس پلانک و آلبرت اینشتین پی بردند که نور یک رفتار دوگانه و متضاد از خود نشان می‌دهد. نور در برخی از آزمایش‌ها شبیه موج عمل می‌کند ولی در آزمایش‌های دیگری طوری رفتار می‌کند که گویی از ذرات ریز و جداگانه‌ای تشکیل شده‌است.

-لوییس دوبروی این رفتار دوگانه‌ی موجی-ذره‌ای را به ذرات ماده از جمله الکترون تعمیم داد.

-اروین شرودینگر معادله‌ای برای توصیف رفتار موجی الکترون در اتم ارائه کرد.

-ورنر هایزنبرگ ثابت کرد که هیچگاه نمی‌توان موقعیت یک ذره و سرعت آن را همزمان با دقت تعیین کرد( اصل عدم قطعیت).

-ماکس بورن دریافت که بین رفتار ذره‌ای الکترون و رفتار موجی آن رابطه‌ای وجود دارد. در واقع مجذور دامنه‌ی موج الکترون در هر نقطه از فضا، با احتمال یافت شدن الکترون به شکل ذره در آن نقطه برابر است.                                   

الکترون تا هنگامی که موقعیت آن اندازه‌گیری یا ثبت نشده است، موجی گسترده در فضا است ولی به محض ثبت شدن توسط یک آشکارساز (مثلاً یک صفحه‌ی آغشته به ماده‌ی فلوئورسنت یا یک فیلم عکاسی) در یک نقطه‌ی کوچک ثبت می‌شود. فرض کنید الکترون همانند موجی با یک برآمدگی باشد (در اتم هیدروژن الکترون در پایین‌ترین حالت انرژی خود چنین است).

                              

این موج در تمام فضا گسترده است. حال فرض کنید که این موج به یک صفحه‌ی فلوئورسنت برخورد کند. با وجودی که موج الکترون به تمام صفحه برخورد می‌کند ولی فقط در یک نقطه‌ی کوچک از صفحه‌ی فلوئورسنت تأثیر می‌گذارد. این نقطه به احتمال زیاد در محدوده‌ای از صفحه خواهد بود که ارتفاع موج در آنجا بیش‌تر بوده است. ولی احتمال هم دارد که در نقاط دیگر تأثیر گذارد.

شکل زیر احتمال ثبت شدن الکترون را روی صفحه‌ی فلوئورسنت نشان می‌دهد:

                                     

به عبارتی بین ارتفاع موج ( دامنه‌ی موج) و احتمال یافت شدن الکترون به شکل ذره، رابطه‌ای وجود دارد که این رابطه را ماکس بورن به دست آورد:

( احتمال یافتن الکترون در یک نقطه، متناسب است با مجذور مقدار تابع موج الکترون در همان نقطه )

                                          

وضعیت موج الکترون در اتم با معادله‌ی موج شرودینگر توصیف می‌شود. شکل زیر، تابع موج الکترون را در یک بُعد در اطراف هسته‌ی اتم هیدروژن در دو وضعیت مختلف نشان می‌دهد:

              

در تابع موج سمت چپ که مربوط به پایین‌ترین تراز انرژی الکترون اتم هیدروژن است، احتمال یافتن الکترون ( به شکل ذره ) در نقطه‌ی مرکزی( هسته‌ی اتم) بیشترین مقدار است و با دورشدن از هسته، از احتمال یافت شدن الکترون کاسته می‌شود. در تابع موج سمت راست که یک حالت برانگیخته‌ی الکترون در اتم هیدروژن است، احتمال یافتن الکترون در دو طرف هسته‌ی اتم زیاد و در روی هسته صفر است.

اگر بخواهیم فضایی را در اطراف هسته انتخاب کنیم که به احتمال 100 درصد، الکترون اتم هیدروژن دراین فضا یافت شود، باید تمامی فضا‌ی جهان را انتخاب کنیم. ولی اگر اندکی میزان احتمال مورد انتظار را کاهـش دهیـم ( مثلاً 95 درصد)، برای تابع موج s  یک فضـای کروی بسیار کوچک (اوربیتـال s) و برای تابع موج  p  یک فضای دمبـلی شکل ( اوربیتال p ) خواهیم داشت.

احتمال یافتن الکترون را می‌توان به صورت تراکم نقاط در اطراف هسته نشان داد. مجموعه‌ی این نقاط یک توده‌ی ابر مانند را تشکیل می‌دهد که میزان تراکم این ابر در هر ناحیه ، نشان دهنده‌ی میزان احتمال یافتن الکترون در آن ناحیه است (مدل ابر الکترونی). شکل زیر مدل ابر الکترونی را برای حالت پایه‌ی اتم هیدروژن (اوربیتال1s) و یکی از حالات برانگیخته‌ی این اتم(اوربیتال 2p) نشان می‌دهد( نقطه‌ی مرکزی، هسته‌ی هیدروژن است):

           

مفهوم اوربیتال و ابر الکترونی از این جهت که می‌توانند در ذهن تجسم گردند، مفیدند و کابردهای زیادی در توجیه رفتار اتم‌ها از جمله چگونگی تشکیل پیوند دارند.






نوشته شده توسط A.R -A.L در پنجشنبه 14 بهمن 1389 و ساعت 04:23 ب.ظ [+] | نظرات ()
مطالب تا چه حد جامع و به درد بخور بودند؟ •