النظرية الذرية الحديثة · السحابة الإلكترونية · أعداد الكم الأربعة
قامت النظرية الحديثة في تركيب الذرة على تعديلات أساسية في نموذج بور، وكان أهم هذه التعديلات ما يلي:
افترضت نظرية بور أنه يمكن تحديد مكان الإلكترون وسرعته معًا بكل دقة في نفس الوقت. وقد توصل هايزنبرج باستخدام ميكانيكا الكم إلى مبدأ مهم وهو أن تحديد مكان وسرعة الإلكترون معًا في وقت واحد يستحيل عمليًا، وإنما يمكننا أن نقول من المحتمل بقدر كبير أو صغير وجود الإلكترون في هذا المكان أو ذاك.
أي أن التحدث بلغة الاحتمالات هو الأقرب إلى الصواب.
تمكن العالم النمساوي شرودنجر (Schrödinger) في عام 1926 من تأسيس النظرية الميكانيكية الموجية للذرة ومن وضع المعادلة الموجية التي يمكن تطبيقها على حركة الإلكترون في الذرة.
يمكن بحلها إيجاد مستويات الطاقة المسموح بها، ويمكن تحديد منطقة حول النواة التي يزيد فيها احتمال تواجد الإلكترونات في كل مستوى طاقة.
بهذا تغير مفهومنا لحركة الإلكترونات: بعد أن كنا نعرف أن الإلكترونات تسير في مدارات محددة ثابتة والمناطق بينها مُحرمة، أصبحنا نتحدث عن احتمال التواجد.
يوجد داخل السحابة الإلكترونية مناطق يزداد احتمال تواجد الإلكترون فيها، يُطلق على كل منها مصطلح الأوربيتال (orbital).
وقد أعطى الحل الرياضي للمعادلة الموجية لشرودنجر أربعة أعداد سُميت بأعداد الكم.
اختر المستوى n ونوع الأوربيتال (s,p,d,f) ولاحظ السحابة الإلكترونية وقيم أعداد الكم — كما في كتاب الوزارة.
يلزم لتحديد طاقة الإلكترون في الذرات عديدة الإلكترونات معرفة قيم أعداد الكم التي تصف الإلكترون، وعددها أربعة:
لا ينطبق هذا القانون على مستويات الطاقة الأعلى من الرابع، لأن الذرة تصبح غير مستقرة إذا زاد عدد إلكترونات أي مستوى عن 32 إلكترون.
عدد الكم الرئيسي دائمًا عدد صحيح يأخذ القيم 1,2,3… ولا يأخذ قيمة zero أو قيمًا غير صحيحة.
ترتيب الطاقة للمستويات الفرعية لنفس n: f>d>p>s (اختلاف بسيط)
ينقسم كل مستوى طاقة رئيسي إلى عدد من المستويات الفرعية (تحت المستويات) لها طاقة تُحدد بقيم عدد الكم الثانوي:
المستوى الفرعي s: أوربيتال واحد كروي متماثل حول النواة.
المستوى الفرعي p: ثلاثة أوربيتالات px,py,pz على المحاور الثلاثة — كمثرين متقابلين (dumb-bells).
المستوى الفرعي d: خمسة أوربيتالات · المستوى الفرعي f: سبعة أوربيتالات.
لا يتسع أي أوربيتال لأكثر من إلكترونين يدور كل منهما حول محوره أثناء دورانه حول النواة (كدوران الأرض حول نفسها أثناء دورانها حول الشمس).
نتيجة لدوران الإلكترون حول محوره يتكون مجال مغناطيسي يُعاكس اتجاه المجال الناشئ عن الإلكترون الآخر — يُقال إن الإلكترونان في حالة ازدواج (paired).
حرّك العدد الذري Z ولاحظ ملء الأوربيتالات بالتصاعد (1s→2s→2p…) مع ازدواج الإلكترونات (↑↓) وفق مبدأ باولي.
لا يمكن تحديد مكان وسرعة الإلكترون معًا — مبدأ:
مبدأ عدم التأكد لهايزنبرج.
منطقة احتمال عالٍ في السحابة الإلكترونية:
أوربيتال.
أقصى إلكترونات في الغلاف الثاني (n=2):
2n2=2(2)2=<strong>8</strong>.
عدد أوربيتالات المستوى الفرعي p:
2ℓ+1=2(1)+1=<strong>3</strong> (px,py,pz).
أقصى إلكترونات في أوربيتال واحد:
إلكترونان بـ ms مختلف (↑↓).
وضع المعادلة الموجية للذرة:
شرودنجر — 1926.
الدرس التالي: أعداد الكم — العلاقات بين المستويات والأوربيتالات، قواعد التوزيع (باولي، البناء التصاعدي، هوند)، وتمارين التوزيع الإلكتروني.