تركيب الذرة ونموذج رذرفورد

بالتأكيد ، إليك ملاحظات الدراسة بناءً على النص الذي قدمته:

مقدمة

• قديماً اعتقد العلماء أن المادة تتكون من وحدات صغيرة تسمى الذرات.
• ذكرت كلمة "الذرة" عدة مرات في القرآن الكريم، مع الإشارة إلى وجود جسيمات أصغر من الذرة.

تعريف الذرة

• الذرة هي أصغر وحدة في المادة وتحمل خواص العنصر كيميائياً وفزيائياً.

تركيب الذرة

• تتكون الذرة من النواة والإلكترونات.
• النواة: تحتوي على بروتونات (موجبة الشحنة) ونيوترونات (متعادلة كهربياً).
• الإلكترونات تدور حول النواة وتحمل شحنة سالبة.
• شحنة البروتونات الموجبة تعادل الشحنة السالبة للإلكترونات، مما يجعل الذرة متعادلة كهربائياً.

تجربة رذرفورد

• قام رذرفورد بتسليط شعاع من جسيمات ألفا على غشاء رقيق من الذهب.

نتائج التجربة (فروض رذرفورد)

• الذرة بها نواة ثقيلة موجبة الشحنة، بسبب تنافر جسيمات ألفا مع النواة.
• توجد الإلكترونات خارج النواة.
• استخدم رذرفورد مقدار انحراف جسيمات ألفا لتقدير قطر الذرة بحوالي 10^-10 متر وقطر النواة بحوالي 10^-14 متر.
• قطر الذرة يعادل 10,000 مرة قطر النواة.

مشكلة نموذج رذرفورد

• إذا كانت الإلكترونات ساكنة، ستجذبها النواة وتلتصق بها، وهذا يناقض حقيقة أن قطر الذرة أكبر من قطر النواة.
• إذا كانت الإلكترونات تدور حول النواة، ستفقد طاقتها باستمرار وتشكل مساراً حلزونياً حتى تسقط على النواة وتنهار الذرة.
• هذه النتيجة تتعارض مع حقيقة أن النواة مستقرة.

جسيمات ألفا

• نواة ذرة الهيليوم التي تحتوي على بروتونين ونيوترونين.

نموذج بوهر

• اقترح نيلز بور نموذجاً جديداً للذرة يتكون من نواة موجبة تدور حولها الإلكترونات في مدارات محددة.
• يحتوي كل مدار على إلكترونات بطاقة محددة، ويكون كل إلكترون مستقراً ولا يشع طاقة عندما يكون في مستواه المناسب.

الطاقة الكلية للإلكترون

• قوة الجذب المركزية تحافظ على الإلكترون في مداره.
• المعادلة الرياضية لقوة الجذب المركزية: ق = (ك ع^2) / نق، حيث ك كتلة الإلكترون، ع سرعته المماسية، نق نصف قطر المسار الدائري.
• قوة جذب النواة الموجبة للإلكترون: ق = (ش ش)/نق^2، حيث ش شحنة الإلكترون، شش شحنة النواة.
• قوة الجذب المركزية تساوي قوة الجذب الكهربي:(ك ع^2) / نق = (ش ش)/نق^2.
• طاقة الحركة للإلكترون: طح = (1/2) ك ع^2 = (ش ش) / (2 نق).
• طاقة وضع الإلكترون (طو) هي الشغل المبذول، وتحسب من طو = - (ش ش) / نق.
• الطاقة الكلية للإلكترون: ط ك = طاقة الحركة + طاقة الوضع = - (ش ش) / (2 نق).
• الطاقة الكلية للإلكترون في مداره تعتمد فقط على نصف قطر المدار.
• علامة السالب تعني أن الطاقة الكلية للإلكترون هي طاقة جذب إلى النواة ويلزم طاقة خارجية (موجبة) لفصله عنها.
• وجد بوهر أن نق تتناسب مع عد^2، حيث عد عدد الكم المداري.
• بالتالي: ط عد = ثابت / عد^2، والثابت يعتمد على عدد البروتونات Z، وقيمته 13.6 إلكترون فولت.
• المعادلة النهائية: ط عد= -13.6 (Z^2 / عد^2) إلكترون فولت.

مستويات الطاقة في ذرة الهيدروجين

• يتم قياس طاقة الإلكترون بالجول أو الإلكترون فولت (أ.ف).
• الإلكترون فولت هو الشغل المبذول لنقل إلكترون واحد بين نقطتين فرق الجهد بينهما واحد فولت.
• 1 إلكترون فولت = 1.6 × 10^-19 جول.
• استخدام وحدة الإلكترون فولت شائع في الفيزياء الذرية لأن وحدة الجول كبيرة جداً.
• ذرة الهيدروجين تحتوي على بروتون واحد (Z=1).
• طعد = -13.6 / عد^2 إلكترون فولت.
• طاقة المستوى الأول: ط1 = -13.6 إ.ف.
• طاقة المستوى الثاني: ط2 = -3.4 إ.ف.
• طاقة المستوى الثالث: ط3 = -1.5 إ.ف.
• العلاقة بين طاقة المستوى الأول (ط1) وطاقة أي مستوى (طعد): طعد = ط1 / عد^2.

إثارة الذرات

• الذرة المتأينة: الذرة التي فقدت أو اكتسبت إلكترون.
• الذرة المستقرة: الذرة التي ليس بها طاقة زائدة ولم تفقد أو تكتسب إلكترون.
• الذرة المثارة: الذرة التي بها طاقة زائدة نتيجة انتقال الإلكترون من مستوى طاقة أدنى إلى مستوى طاقة أعلى، أو التي يوجد بها إلكترون في مستوى طاقة أعلى.
• تأين الذرة: عملية خروج إلكترون أو عدد من الإلكترونات خارج الذرة.
• إثارة الذرة: عملية انتقال إلكترون من مستوى طاقة أدنى إلى مستوى طاقة أعلى.
• طاقة الذرة المستقرة أقل من الذرة المثارة.
• لا يشع الإلكترون طاقة إذا كان في مستوى طاقته.
• إذا هبط الإلكترون من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى طاقة أدنى، فإن الذرة تشع فوتون طاقته تساوي الطاقة التي فقدها الإلكترون (الفرق بين طاقة المستويين).
• لا ينتقل الإلكترون في مستوى طاقة أدنى إلى مستوى طاقة أعلى إلا إذا اكتسب طاقة.
• يكتسب الإلكترون طاقة تنقله من مستوى الطاقة الأدنى إلى مستوى الطاقة الأعلى بواحدة من الطرق:
• امتصاص الذرة لفوتون طاقته تساوي الفرق بين طاقة المستويين.
• اكتساب الإلكترون نفسه طاقة تساوي الفرق بين طاقة المستويين.
• امتصاص الإلكترون الطاقة الناتجة عن تصادم الذرة بذرات، أيونات، أو إلكترونات.
• أقل طاقة تأين تحدث عندما ينتقل الإلكترون من مستوى الطاقة الأرضي إلى اللانهاية.
• أقل طاقة إثارة تحدث عندما ينتقل الإلكترون من مستوى الطاقة الأول إلى الثاني.

استخدامات ظاهرة إشعاع الذرات

• توليد الضوء في مصابيح الإنارة (مصابيح الفلورسنت).
• الاستفادة من الاختلاف في طيف العناصر لمعرفة العناصر الموجودة في مركب، وتحديد العناصر الموجودة في نجم.

آلية توليد الضوء في مصابيح الفلورسنت

• يعمل فرق الجهد المرتفع على تسريع الإلكترونات والأيونات الحرة الناتجة عن تأين الغاز.
• تصطدم الأيونات بباقي ذرات الغاز وتمتص بعض الإلكترونات طاقة التصادم وتنتقل إلى مستويات عليا.
• عند هبوط الإلكترونات إلى المستوى الأرضي، تشع فوتونات فوق بنفسجية.
• تمتص مادة الفلورسنت الفوتونات فوق البنفسجية وتشعل الضوء الأبيض.
• يختلف طيف أي عنصر عن أطياف العناصر الأخرى.

منظار الطيف

• يستخدم منظار الطيف للتمييز بين العناصر المكونة لمركب ومعرفة العناصر الموجودة في نجم.
• يتكون من منشور وعدستين محدبتين.
• عند تسخين المركب تظهر الأطياف الصادرة من العناصر المختلفة في شكل خطوط ملونة.

الأشعة السينية أشعة x

• هي موجات كهرومغناطيسية تتولد نتيجة لاصطدام إلكترونات سريعة بجسم معدني.
• اكتشف رونتجن في عام 1895 أن أشعة قوية مجهولة تتولد عندما تصطدم الإلكترونات السريعة بجسم معدني.

كيفية توليد الأشعة السينية

• عندما يصطدم إلكترون سريع بجسم معدني، فإنه يتوقف وتتحول طاقته الحركية إلى طاقة في شكل موجات كهرومغناطيسية.
• جهاز توليد الأشعة السينية: يتركب من أنبوب زجاجي مفرغ من الهواء، قطب سالب (مهبط) في الفتيلة , أسطوانة معدنية (مصعد) متصله بقطب موجب, مصدر كهربائي عالي الجهد.
• المهبط : معدن يقوم بقذف الإلكترونات عند تسخينه ويوصل بالقطب السالب للبطارية.
• المصعد : عبارة عن أسطوانة معدنية متصلة بالقطب الموجب للبطارية.
• الفتيل: سلك ملفوف مثل سلك التنجستين لتسخين المهبط.

آلية عمل جهاز توليد الأشعة السينية

• يسخن المهبط بواسطة فتيل متصل بالبطارية ويشع إلكترونات يقوم المصعد بجذبها.
• يعمل فرق الجهد العالي على تسريع الإلكترونات وإكسابها طاقة حركية عالية.
• تصطدم الإلكترونات بالمصعد وتتحول طاقتها الحركية إلى طاقة ضوئية هي أشعة X.
• طاقة حركة الإلكترون = فرق الجهد × شحنة الإلكترون.
• طاقة الفوتون = طاقة حركة الإلكترون.

استخدامات الاشعة السينية

• تستخدم في الطب بصورة مكثفة في :
• تصوير الكسور
• تشخيص الامراض

الانبعاث التلقائي والانبعاث القسري

• الانبعاث التلقائي : هو إشعاع صادر من الذرة عند عودة إلكترون تلقائياً من مستوى الطاقة الأعلى إلى مستوى الطاقة الأدنى بعد انقضاء العمر الزمني للمستوى.
• الانبعاث المستحث (القسري): هو إشعاع صادر من الذرة عندما يجبر الإلكترون على العودة من مستوى الطاقة الأعلى إلى مستوى الطاقة الأدنى قبل انقضاء العمر الزمني للمستوى.
• العمر الزمني للمستوى: هو فترة زمنية قصيرة جدا يقضيها الالكترون في مستوي الطاقة الاعلي قبل أن يعود الي مستوي طاقته
• المستويات شبه المستقرة: هي مستويات مثارة تبقي الالكترونات فيها فترة زمنية طويلة نسبيا.

الليزر (Laser)

• هي أشعة مضخمة قوية عالية الشدة مركزة في حزمة ضيقة تكون فوتوناتها بتردد واحد وفي اتجاه واحد.
• تعني كلمة ليزر (LASER:) تضخيم الضوء بالانبعاث المستحث للاشعاع
• جهاز توليد أشعة الليزر يتكون من بلورة ياقوت اسطوانية ( من أوكسيد الالمونيوم المطعم بكمية صغيرة من الكروم، تطلي قاعدتا الاسطوانة بالفضة
• آلية العمل: تسخن الأنبوبة الضوئية بواسطة المصدر الكهربي فتنتقل الكتروناتها الي مستوي طاقة اعلي ثم تعود الي مستوي الطاقة الادنى.
• خصائص أشعة الليزر : قوية وعالية التردد, وذات فوتونات ذات تردد واحد وطور واحد, ذات قدرة عالية علي الاختراق
• استخدامات أشعة الليزر : تستخدم في المجال الهندسي, وفي المجالات العسكرية, وفي مجال الاتصالات, وفي المجال الطبي.

الإشعاع الذري

• اكتشف العالم هنري بيكريل في عام ١٩٦٠ أن رات اليورانيوم ٩٢ تصدر اشعاعات تؤثر علي الافلام الفوتوغرافية وتجعلها
• النشاط الإشعاعي: هو انبعاث أشعة من أنوية الذرات غير المستقرة لكي تصل الي حالة الاستقرار, والذرات غير المستقرة هي الذرات التي يختلف فيها عدد البروتونات عن عدد النيوترونات أو عدد البروتونات أكبر بكثير من عدد النيوترونات.
• أنواع الاشعاعات التي تصدر من الذرة: دقائق الفا (a)* دقائق بيتا (B)* أشعة جاما (Y)
• دقائق ألفا (a): عبارة عن نواة ذرة الهيليوم, تنطلق من أنوية الذرات الثقيلة التي يزيد عددها الكتلي عن ۲۱۰ ، رمزها a أو He

طاقة الربط النووي

• طاقة الربط النووي: هي الطاقة اللازمة لربط مكونات النواة مع بعضها البعض.
• يستخدم القانون الآتي لحسابها: طاقة الربط النووي = (كتلة البروتونات + كتلة النيوترونات) في النواة) × ٩٣١×١٠ مرفوعة للقوة ٦
• الانشطار النووي: هو عملية انشطار نواة ذرة الي نواتين أو أكثر.
• نواتج الانشطار النووي : نواتين جديدتين و ٣ نيوترونات وطاقة نووية.

آمل أن تساعدك هذه الملاحظات في الدراسة!