اقرأ في هذا المقال
- ما هي الخصائص الذرية في ميكانيكا الكم
- قواعد نظرية الكم التي تشرح الذرة
- الجسيمات المضادة ودوران الإلكترون في فيزياء الكم الذرية
- ميزات النموذج الميكانيكي الكمي للذرة
ميكانيكا الكم هي فرع أساسي من فروع الفيزياء المعنية بالعمليات التي تنطوي على جسيمات صغيرة (مثل الذرات والفوتونات)، مثل هذه العمليات التي يُقال إنها مكممه بخصائص تُلاحظ فقط في مضاعفات عددية صحيحة لثابت بلانك، وهذا لا يمكن تفسيره تمامًا في الفيزياء الكلاسيكية وهو نهج متصل.
ما هي الخصائص الذرية في ميكانيكا الكم
تحافظ النظرة الميكانيكية الكمومية للبنية الذرية على بعض أفكار رذرفورد وبوهر؛ ولا تزال النواة في مركز الذرة وتوفر التجاذب الكهربائي الذي يربط الإلكترونات بالذرة، على عكس نظرية بور لا تدور الإلكترونات في مدارات محددة شبيهة بالكواكب.
يعترف النهج الميكانيكي الكمومي بالطابع الموجي للإلكترونات ويوفر إطارًا لرؤية الإلكترونات كسحب ضبابية من الشحنات السالبة؛ فلا تزال الإلكترونات تحدد حالات الحركة لكن حالات الحركة هذه لا تتوافق مع المدارات الثابتة.
بدلاً من ذلك هناك شيئًا عن هندسة سحابة الإلكترون حجمها وشكلها وما إذا كانت كروية أو متجمعة في فصوص مثل الشكل الثامن؛ حيث أطلق الفيزيائيون على هذه الحالات من مدارات الحركة، وتوفر ميكانيكا الكم أيضًا الأساس الرياضي لفهم كيفية مشاركة الذرات التي تتحد معًا في الجزيئات في الإلكترونات، وبعد ما يقرب من 100 عام من تجارب فاراداي الرائدة، حيث أكدت نظرية الكم أن القوى الكهربائية هي المسؤولة بالفعل عن بنية الجزيئات.
قواعد نظرية الكم التي تشرح الذرة
اثنان من قواعد نظرية الكم الأكثر أهمية لشرح الذرة هما:
فكرة ازدواجية الموجة والجسيم ومبدأ الاستبعاد
اقترح الفيزيائي الفرنسي لويس دي بروجلي لأول مرة أنه يمكن وصف الجسيمات بأنها موجات في عام 1924 وفي نفس العقد قام الفيزيائي النمساوي إروين شرودنغر والفيزيائي الألماني فيرنر هايزنبرغ بتوسيع أفكار دي برولي إلى أوصاف رياضية رسمية لميكانيكا الكم.
تم تطوير مبدأ الاستبعاد من قبل الفيزيائي الأمريكي النمساوي المولد وولفجانج باولي في عام 1925، وينص مبدأ استبعاد باولي على أنه لا يوجد إلكترونان في الذرة يمكن أن يكون لهما نفس الخصائص تمامًا.
يضع الجمع بين ثنائية الموجة والجسيم ومبدأ استبعاد باولي القواعد لملء مدارات الإلكترون في الذرات، وتحدد الطريقة التي تملأ بها الإلكترونات المدارات عدد الإلكترونات التي تنتهي في غلاف الذرة التكافؤ.
وهذا بدوره يحدد الخصائص الكيميائية والفيزيائية للذرة مثل كيفية تفاعلها مع الذرات الأخرى ومدى جودة توصيلها للكهرباء، حيث تشرح هذه القواعد لماذا يمكن أن يكون للذرات ذات الأعداد المتشابهة من الإلكترونات خصائص مختلفة جدًا ولماذا تظهر الخصائص الكيميائية مرارًا وتكرارًا في نمط منتظم بين العناصر.
الجسيمات المضادة ودوران الإلكترون في فيزياء الكم الذرية
عالم فيزياء إنجليزي يقدم بول ديراك معادلة جديدة للإلكترون في عام 1928؛ ولأن معادلة شرودنغر لا تفي بمبادئ النسبية يمكن استخدامها فقط لوصف تلك الظواهر التي تتحرك فيها الجسيمات ببطء أكبر بكثير من سرعة الضوء، ومن أجل تلبية شروط النسبية اضطر ديراك إلى افتراض أن الإلكترون سيكون له شكل معين من الدالة الموجية بأربعة مكونات مستقلة بعضها يصف دوران الإلكترون.
وهكذا منذ البداية دمجت نظرية ديراك خصائص دوران الإلكترون، حيث سمحت المكونات المتبقية بحالات إضافية للإلكترون لم يتم ملاحظتها بعد، وفسرهم ديراك على أنهم جسيمات مضادة مع أشحنه معاكسة لشحنة الإلكترونات، واكتشاف البوزيترون في عام 1932 من قبل الفيزيائي الأمريكي أثبت كارل ديفيد أندرسون وجود الجسيمات المضادة وكان انتصارًا لنظرية ديراك.
1- ماذا يسمى الكم في الكيمياء
في الفيزياء والكيمياء، الكم هو حزمة منفصلة من الطاقة أو المادة، حيث أن مصطلح الكم يعني أيضًا الحد الأدنى لقيمة خاصية مادية متضمنة في التفاعل؛ حيث أن جمع الكم هو الكم.
2- ما هي ميكانيكا الكم في التركيب الذري
ميكانيكا الكم، علم يعرف كيف يتصرف مع المادة والضوء على المقياس الذري ودون الذري؛ حيث يحاول أن يشرح خصائص الجزيئات والذرات ومن ماذا تتكون “الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات والجزيئات الأخرى الباطنية مثل الكواركات والغلوونات”.
3- كيف ترتبط ميكانيكا الكم بالذرات
هناك علاقة بين حركات الإلكترونات في الذرات والجزيئات وطاقاتها التي توصفها ميكانيكا الكم؛ بسبب ازدواجية الموجة والجسيم، حيث يجب على العلماء التعامل مع احتمال وجود الإلكترون في نقطة معينة في الفضاء.
4- هل الذرات كائنات كمومية
ازدواجية موجة الجسيمات في بعض الأحيان، تتصرف الأجسام الكمومية مثل الإلكترونات والذرات والجزيئات مثل الجسيمات، وتتصرف أشياء أخرى مثل الموجات.
5- ما الذي يجعل ميكانيكا الكم مفيدة جدًا في فهم الأنظمة الذرية
ميكانيكا الكم جنبًا إلى جنب مع الميكانيكا الإحصائية قادرة على التنبؤ بالهياكل غير العادية واستقرارها كدالة للظروف الخارجية (ضغط غاز O2 ودرجة الحرارة) والتكوين.
6- هل يمكن لمس الذرات
إذا تم اعتبار أنه يمكن لمس الذرات مثل أن ذرتين يكونان في نفس المكان بالضبط فإن الذرتين لا تتلامسان في درجة حرارة الغرفة العادية بسبب مبدأ استبعاد باولي؛ حيث أن مبدأ استبعاد باولي هو الذي يحافظ على الذرات ويمنعها من الانهيار.
7- هل يمكن لفيزياء الكم أن تشرح الكيمياء
يمكن لميكانيكا الكم شرح الكيمياء؛ حتى ميكانيكا الكم غير النسبية للعديد من الإلكترونات التي تدور حول النوى وتشرح بشكل كامل وكمي وشامل كل الكيمياء (بما في ذلك الكيمياء الحيوية، وفي الواقع، البيولوجيا)، وهذه الحقيقة معروفة منذ أواخر عشرينيات القرن الماضي.
8- ما هي ميكانيكا الكم الأربعة
في الذرات، يوجد ما مجموعه أربعة أرقام كم: رقم الكم الرئيسي (ن)، رقم الكم الزخم الزاوي المداري (لتر)، رقم الكم المغناطيسي (مل)، وعدد الكم المغزلي للإلكترون (مللي ثانية).
9- ذرات متعددة الإلكترون والجدول الدوري
يمكن لميكانيكا الكم أن تفسر الهيكل الدوري للعناصر، بأي مقياس، وهو إنجاز مفاهيمي رئيسي لأي نظرية، وعلى الرغم من أن الحسابات الدقيقة أصبحت أكثر صعوبة مع زيادة عدد الإلكترونات، حيث يمكن التنبؤ بالأنماط العامة للسلوك الذري بدقة ملحوظة.
10- هل الذرات لها خصائص كمومية
لذلك فإن لكل إلكترون في الذرة خصائص مختلفة ومجموعة مختلفة من الأرقام الكمومية؛ حيث تشكل الإلكترونات التي تشترك في نفس العدد الكمي الأساسي غلافًا في الذرة.
11- ما هي خصائص ميكانيكا الكم الذرية
ميكانيكا الكم هي فرع الفيزياء الذي يتعامل مع سلوك المادة والضوء على المستوى دون الذري والذري، حيث يحاول شرح خصائص الذرات والجزيئات وجسيماتها الأساسية مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات والغلونات والكواركات.
ميزات النموذج الميكانيكي الكمي للذرة
- يتم تحديد قوة الإلكترون؛ أي أنه يمكن أن يكون له قيمة أداء إيجابية.
- الإجابة المؤكدة لمعادلة شرودنجر الموجية هي القوة الكمية للإلكترون، وهي النتيجة النهائية للخصائص الشبيهة بالموجة للإلكترون.
- وفقًا لمبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ، لا يمكن معرفة الوظيفة المحددة وزخم الإلكترون. لذلك، يمكن حساب الخطر الوحيد لوضع إلكترون في وظيفة معينة.
- العدد الحالي للأميال هو | ψ | 2. حيث تمثل ψ الخصائص الموجية للإلكترون.
- تسمى خصائص الموجة (ψ) للإلكترونات في الذرة المدارات الذرية، وتحتل الإلكترونات المدارات الذرية عندما تتميز أميالها بخصائص الموجة، ونظرًا لأن الإلكترون يمكن أن يكون له العديد من الوظائف الموجية، فإن له مدارات ذرية متعددة.
- خصائص كل موجة أو المدارات الذرية لها شكل وقوة محددة.
- تحتوي خصائص الموجة المدارية للذرة على جميع الإحصائيات حول الإلكترونات في الذرة، ويمكن لميكانيكا الكم استخراج هذه الإحصائيات.
- يتناسب احتمال وضع الإلكترون على صفحة ويب إيجابية داخل ذرة مع مربع خاصية الموجة المدارية في ذلك الموقع. هذا هو ، | ψ | 2. الكثافة العشوائية مفيدة دائمًا وتُفهم على أنها | ψ | 2.
تستخدم النماذج الميكانيكية الكمومية للذرات الشكل المعقد للمدارات (المعروفة أيضًا باسم السحب الإلكترونية) وهي أحجام الفضاء التي من المحتمل أن تتواجد فيها الإلكترونات نتيجة لذلك يعتمد هذا النموذج على الاحتمالية بدلاً من اليقين.
