فصل الاطياف الذرية ورد الثانوية العامة

فصل الاطياف الذرية ورد الثانوية العامة

فصل الاطياف الذرية ورد الثانوية العامة

يمكنك تنزيل الملف ورد فى نهاية الصفحة

الأطياف الذرية

  E الذرة : ترجع كلمة ذرة إلي اللغة الإغريقية ومعناها : الوحدة التي لا تنقسم .

E تصورات العلماء لتركيب الذرة :

    وضع العلماء تصورات مختلفة لتركيب الذرة من خلال التجارب العملية ، ومنها :

(1)        ذرة طومسن

 

-        بعد أن أجري طومسن تجاربه التي أدت الي اكتشاف الالكترون وإيجاد قيمة الشحنة النوعية للإلكترون  وهي النسبة بين شحنة الإلكترون وكتلته ، وضع طومسن نموذجا للذرة .

(1)          الذرة عبارة عن كرة مصمتة من مادة مشحونة بشحنة كهربية موجبة .

(2)          تنغمس الإلكترونات السالبة في هذه الكرة .

(3)          لما كانت الذرة متعادلة كهربيا فإن :

الشحنة السالبة التي تحملها الإلكترونات = الشحنة الموجبة التي تحملها الذرة .

(2) ذرة رذرفورد

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

q تجربة رذرفورد : أجري رذرفورد تجربته الشهيرة التالية :

     صوب رذرفورد سيلا من دقائق جسيمات ألفا He₂⁴ نحو صفيحة رقيقة جدا من    الذهب سمكها حوالي 10^-4 cm أي 0.0001 من السنتيميتر ، فوجد أن :

(1)          معظم دقائق ألفا يمر خلال الصفيحة دون أن يعاني تغيرا يذكر في مساره ، واستنتج من ذلك أن معظم الذرة فارغ وليس مصمتا .

(2)          نسبة ضئيلة من جسيمات ألفا تنحرف عن مسارها ، ودل ذلك علي أن جسيم ألفا اقترب من جسيم كبير نسبيا مماثل له في الشحنة .

(3)          نسبة ضئيلة أيضا ارتدت إلي نفس جهة صدورها لاصطدامها بجسيم كبير نسبيا مماثل له في الشحنة .

q نموذج ذرة رذرفورد :

(1)        تتكون الذرة من نواة ذات شحنة موجبة تتركز فيها معظم كتلة الذرة .

(2)        تتحرك الإلكترونات بسرعة كبيرة حول النواة لانها لو كانت ساكنة لانجذبت للنواة ، أي أن الذرة ديناميكية في تكوينها .

(3)        الذرة متعادلة كهربيا أي أن عدد الإلكترونات خارج النواة = عدد الشحنات الموجبة داخل النواة .

(4)        معظم حجم الذرة فراغ ، أي أن الحجم الذي تشغله النواة والإلكترونات ضئيل جدا بالنسبة لحجم الذرة نفسها .

q الصعوبات التي صادفت نموذج رذرفورد : صادف النموذج الذي وضعه رذرفورد لتركيب الذرة نوعان من الصعوبات هما :

(1)          استقرار البناء الذري .

(2)          الأطوال الموجية المحددة لخطوط أطياف العناصر .

E أولا : استقرار البناء الذري :

-        تفسير رذرفورد لاستقرار البناء الذري :

ينشأ استقرار الذرة نتيجة تأثر الإلكترونات بقوتين :

(1) قوة الجذب بين شحنة النواة الموجبة والشحنات السالبة علي الإلكترونات .

(2) تتعادل هذه القوة مع قوة طرد مركزي تنشأ عن حركة الإلكترونات في مدارات دائرية حول النواة ، وقد أحدث هذا التفسير مشكلة خطيرة لانه تعارض مع نظرية (ماكسويل – هرتز ) للإشعاع الكهرومغناطيسي .

n نظرية ماكسويل-هرتز للإشعاع الكهرومغناطيسي :

    اذا تحرك جسيم مشحون بشحنة كهربية وكان تحركه بعجلة فإن الجسيم يفقد  طاقته تدريجيا في صورة إشعاعات كهرومغناطيسية .

-        تطبيق نظرية ماكسويل علي تصور رذرفورد للذرة :

(1)          الإلكترون المتحرك حول نواة الذرة يسير في مدار دائري تحت تأثير عجلة لذا يفترض أنه يصدر إشعاعا كهرومغناطيسيا فتقل طاقة حركته بالتدريج .

(2)          تتغلب قوة جذب النواة للألكترون علي قوة الطرد المركزي فيصغر المدار تدريجيا .

(3)          تتخذ الإلكترونات مسارا حلزونيا حتي يسقط علي النواة فتنهار الذرة ، وهذا لا يحدث في الواقع .

E ثانيا : الأطوال الموجية المحددة لخطوط أطياف العناصر :

(1)        اذا كانت حركة الإلكترونات حول نواة الذرة مصدرا للإشعاع فإن الإشعاع الصادر يجب أن يحتوي علي كل الترددات الممكنة أي أن طيف ذرات العناصر جميعها لابد أن يكون مستمرا ويحتوي علي جميع الأطوال الموجية ، وهذا يخالف المشاهدات العملية .

(2)        وجد أن طيف العناصر (طيف خطي) يظهر علي هيئة خطوط ذات أطوال موجية محددة تميز كل عنصر عن غيره من العناصر .

(3)        وجد أن الطيف الخطي لعنصر يتكون من خط أو عدة خطوط رفيعة مضيئة ذات ألوان تختلف باختلاف موضعها من الطيف بينها مناطق سوداء  .

-        ملاحظة : يمكن دراسة أطياف العناصر بتعريض غاز معين لفرق جهد كهربي وسقوط الإشعاع الناتج علي منشور ثلاثي ثم استقبال الطيف الناتج علي شاشة لدراسته .

(3) نموذج ذرة بور

 

-        درس بور الصعوبات التي واجهت نموذج رذرفورد وتوصل إلي نموذج لذرة الهيدروجين مستخدما تصورات رذرفورد :

(1)          توجد عند مركز الذرة نواة موجبة الشحنة .

(2)          تتحرك الإلكترونات سالبة الشحنة حول النواة في مدارات محددة تعرف باسم الأغلفة لكل منها مستوي طاقة ، ولا يصدر الإلكترون طاقة طالما كان يتحرك في مستوي الطاقة الخاص به .

(3)          الذرة متعادلة كهربيا حيث أن شحنة الإلكترونات حول النواة يساوي عدد الشحنات الموجبة التي تحملها النواة .

-        ثم أضاف إليها الفروض الثلاثة الهامة التالية :

(1)          اذا انتقل إلكترون من مدار خارجي طاقته E₂ إلي مدار داخلي طاقته E₁ (E₂>E₁) فإنه تنطلق نتيجة لذلك كمية من الإشعاع ( أي فوتون ) طاقته

Hυ = E₂ – E₁ ، حيث υ تردد الإشعاع المنبعث .

(2)          القوي الكهربية (قانون كولوم) والقوي الميكانيكية (قانون نيوتن) قابلة للتطبيق في مجال الذرة .

(3)          يمكن حساب نصف قطر المدار تقديريا اذا اعتبرنا أن الموجة المصاحبة له تمثل موجة موقوفة .

انبعاث الضوء من ذرة بور ( الطيف الخطي لغاز الهيدروجين )

 

(1)          عند إثارة ذرات الهيدروجين (بأن تكتسب طاقة ) فإنها لا تثار كلها بنفس الدرجة ولذلك تنتقل الإلكترونات في الذرات المختلفة من المستوي الأول K (n =1) إلي مستويات مختلفة أعلي منه n = 2or 3 or 4 …. .

(2)          لا تبقي الإلكترونات في مستويات الطاقة العالية إلا لفترة قصيرة جدا ( تقدر بنحو 10^-8 ثانية ) ثم تهبط إلي مستويات أدني .

(3)          عندما يهبط الإلكترون من مستوي طاقة أعلي إلي مستوي طاقة أدني فإنه يفقد فرق الطاقة علي شكل إشعاع تردده υ وطاقته hυ ، حيث hυ = E₂ – E₁ وطوله الموجي λ =  .

(4)          ولذلك يتكون الطيف الخطي للهيدروجين من خمس مجموعات ( أو متسلسلات ) من الخطوط ، كل خط منها يقابل طاقة محددة ، وبالتالي ترددا محددا .

-        وتترتب المتسلسلات لطيف ذرة الهيدروجين كما يلي :

(1)     مجموعة ليمان حيث ينتقل الإلكترون من المستويات العليا إلي المستوي L (n=2) وتقع هذه المجموعة في منطقة الضوء المنظور .

(2)     مجموعة باشن حيث ينتقل الإلكترون من المستويات العليا إلي المستوي M (n= 3 ) وتقع هذه المجموعة في بداية منطقة الأشعة تحت الحمراء .

(3)     مجموعة براكت حيث ينتقل الإلكترون من المستويات العليا إلي المستوي n=4 (N) وتقع هذه المجموعة في منطقة الأشعة تحت الحمراء.

(4)     مجموعة فوند حيث ينتقل الإلكترون من المستويات العليا إلي المستوي n=5(o) ، وتقع هذه المجموعة في أقصي المنطقة تحت الحمراء وهي أكبر الأطوال الموجية وأقلها ترددا .

المطياف

 

q الغرض منها : الحصول علي طيف نقي كما يستخدم في تحليل الضوء إلي مكوناته المرئية وغير المرئية .

q تركيب المطياف : يتركب من ثلاثة أجزاء :

(1)          مصدر الأشعة : وهو عبارة عن :

(أ‌)        مصدر ضوئي أمامه فتحة مستطيلة ضيقة يمكن التحكم في اتساعها بواسطة مسمار محوي .

(ب‌)  توجد الفتحة في بؤرة عدسة محدبة .

(2)          منضدة قابلة للدوران يوضع عليها منشور ثلاثي من الزجاج .

(3)          تلسكوب يتكون من عدستين محدبتين هما الشيئية والعينية .

q استخدام المطياف في الحصول علي طيف نقي :

(1)     تضاء الفتحة المستطيلة الضيقة بضوء أبيض متألق أو بواسطة ضوء المصدر المطلوب دراسة طيفه ونجعل الضوء يسقط من الفتحة علي أحد أوجه المنشور .

(2)     يوضع المنشور في وضع النهاية الصغري للانحراف .

(3)     يوجه التلسكوب لاستقبال الأشعة المارة خلال المنشور.

(4)     تكون أشعة كل لون متوازية فيما بينها وغير موازية لأشعة الألوان الأخري .

(5)     تعمل الشيئية علي تجميع كل لون في بؤرة خاصة في المستوي البؤري لهذه العدسة ويمكن رؤيتها بواسطة العدسة العينية أو استقبالها علي اللوح الفوتوغرافي.

q أنواع الطيف المنظور : يمكن تقسيم الطيف المنظور إلي :

(1)          طيف الإشعاع ( الانبعاث) .

(2)          طيف الامتصاص .

E أولا : طيف الإشعاع (الانبعاث) :

    هو طيف الأشعة الضوئية التي تشعها الأجسام الصلبة المتوهجة أو الغازات والأبخرة الملتهبة ، وهو الطيف الناتج عن انتقال الإلكترونات في الذرات المثارة من المستوي الاعلي إلي المستوي الأدني ، وهو علي نوعين :

(1)          طيف مستمر .

(2)          طيف خطي .

-        الطيف المستمر (المتصل) : هو طيف يشتمل علي كل الأطوال الموجية أو الترددات الممكنة في مدي مناسب ، ويظهر فيه مناطق الطيف السبعة متصلة ببعضها علي شكل طيف شريطي دون أي فاصل بينها ، ويتولد عن الأجسام الصلبة المتوهجة إلي درجة البياض .

-        الطيف الخطي (الطيف الذري ) :

(1)          هو طيف يشتمل علي بعض الأطوال الموجية أو الترددات موزعة توزيعا غير مستمر أو متصل ، ويتكون الطيف الخطي من خط أو عدة خطوط رفيعة مضيئة ذات ألوان تختلف باختلاف موضعها من الطيف بينها مناطق سوداء ، ويتولد الطيف الخطي عن الغازات أو الأبخرة الملتهبة .

(2)          يلاحظ أن لكل عنصر طيف انبعاث خطي مميز له ويعتبر صفة من صفات العنصر ، ويوحي ذلك بوجود علاقة بين الطيف الخطي وبين التركيب الذري للعنصر ، لذا فإن الأطياف الخطية تسمي ( الأطياف الذرية ) .

q طريقة الحصول علي طيف خطي لغاز أو بخار :

(1)  يوضع الغاز أو البخار في أنبوبة تفريغ تحت ضغط منخفض .

(2)  يثار الغاز بإمرار تيار كهربي تحت فرق جهد عالي يعمل علي قطبي الأنبوبة .

(3) توضع الأنبوبة أمام فتحة المجمع للمطياف المصور وبذلك يمكن الحصول علي طيف الانبعاث الخطي للغاز أو البخار .

E ثانيا : طيف الامتصاص :

    هو طيف مستمر مكون من السبعة ألوان يحتوي علي خطوط سوداء في مناطق معينة نتيجة اختفاء الأطوال الموجية في أطياف الانبعاث الخطية للغاز أو البخار الذي يعترض الضوء الأبيض .

-        وينشأ طيف الامتصاص عند اعتراض بخار أو غاز لضوء أبيض ( يعطي ألوان الطيف السبعة ) فيمتص الغاز من ألوان الطيف الأطوال الموجية الخاصة بطيفه الخطي فيظهر مكانها خطوط سوداء ، ويسمي هذا الطيف (طيف الامتصاص الخطي) للعنصر ويظهر علي اللوح الفوتوغرافي كخطوط مختفية سوداء علي أرضية ساطعة ملونة بعكس صورة الطيف الخطي .

q خطوط فرنهوفر : يظهر طيف الشمس كطيف مستمر بألوانه السبعة يتخللها خطوط سوداء تسمي خطوط فرنهوفر وهي أطياف امتصاص خطية سوداء خاصة بالعناصر المختلفة الموجودة في الجو الخارجي للشمس اذ تمتص هذه العناصر من الطيف المستمر الأطوال الموجية الخاصة بطيفها الخطي  ، ودراسة خطوط فرنهوفر أمكن إثبات وجود عنصري الهيدروجين والهيليوم في جو الشمس .

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

الأشعة السينية

 

-        اكتشاف الأشعة السينية : اكتشفها العالم رونتجن وسماها (الأشعة المجهولة أو الأشعة السينية x-rays ) لأنه لم يعرف في أول الأمر ماهيتها .

-        طبيعة الأشعة السينية :

(1)    هي أشعة كهرومغناطيسية غير مرئية .

(2)    طولها الموجي قصير يتراوح ما بين m  10^-8m , 10^-13.

(3)    تقع بين الأطوال الموجية للأشعة فوق البنفسجية والأطوال الموجية لأشعة جاما لذا فإنها عالية الطاقة .

-        خواص الأشعة السينية :

(1)          لها قدرة كبيرة علي اختراق الأوساط .

(2)          لها قدرة كبيرة علي تأيين الغازات .

(3)          تحيد عند مرورها في البللورات.

(4)          تؤثر علي الألواح الفوتوغرافية الحساسة.

-        تركيب جهاز توليد الاشعة السينية : تتركب أنبوبة كولدج من أنبوبة مفرغة من الهواء تحتوي علي :

(1)          الفتيل والمهبط : يسخن الفتيل بواسطة بطارية قوتها الدافعة 12 فولت .

(2)          الهدف : عبارة عن لوح من التنجستين مثبت في تجويف بمقدمة الأنود ، كما يتصل الأنود بساق من النحاس عليه ريش تبريد .

(3)          يوصل المهبط والمصعد ( الأنود ) بمصدر فرق جهد مستمر عال .

-        استخدام أنبوبة كولدج للحصول علي الأشعة السينية :

(1)    عند تسخين الفتيلة تنطلق الإلكترونات نحو الهدف تحت تأثير المجال الكهربي .

(2)    تكتسب الإلكترونات طاقة حركة كبيرة جدا يتوقف مقدارها علي فرق الجهد بين الهدف والفتيلة .

(3)    عندما تصطدم الإلكترونات بالهدف يتحول جزء من طاقتها أو كلها إلي أشعة إكس .

-        طيف الأشعة السينية :

بتحليل حزمة من الأشعة السينية الصادرة من هدف معين إلي مكوناتها من الأطوال الموجية المختلفة نحصل علي طيف يتكون من مركبيتين هما :

(1)          طيف متصل أو مستمر .

(2)          طيف خطي .

-        أولا : الطيف المتصل : يحدث كالأتي :

(1)          عند مرور الإلكترونات المنطلقة من الفتيلة قرب إلكترونات ذرات مادة الهدف تقل طاقتها نتيجة التصادم والتشتت بناءا علي نظرية ماكسويل – هرتز .

(2)          تصدر إشعاعا كهرومغناطيسيا يحتوي علي جميع الاطوال الموجية الممكنة لأن الإلكترونات تفقد طاقتها علي دفعات وبدرجات متفاوتة .

لذا يسمي هذا الإشعاع (الطيف المستمر أو المتصل أو أشعة الكابح (الفرملة ) أو الإشعاع اللين ).

(3)          طاقة الإشعاع تساوي الفرق بين طاقة الإلكترونات الأصلية وطاقتها بعد مرورها في مادة الهدف .

(4)          لا يتغير الطيف المستمر للأشعة السينية بتغير مادة الهدف .

-        ثانيا : الطيف الخطي المميز : (الأشعة الشديدة) :

(1)          عند اصطدام إلكترون من الفتيلة بأحد الإلكترونات القريبة من نواة ذرة في مادة الهدف يكتسب الأخير كمية كبيرة من الطاقة .

(2)          يقفز الإلكترون الأخير إلي مستوي طاقة عال أو يغادر الذرة ويحل محله إلكترون أخر من أحد المستويات الخارجية ذات الطاقة الأعلي .

(3)          يظهر الفرق بين طاقة المستويين علي شكل إشعاع له طول موجي محدد ، لذا يسمي هذا الإشعاع (الطيف الخطي المميز للأشعة السينية x-rays) .

q بعض خواص الأشعة السينية المميزة :

(1)          يظهر هذا الطيف علي شكل عدد من النهايات العظمي الحادة عند أطوال موجية معينة .

(2)          يكون لها نفس الطول الموجي مهما اختلف فرق الجهد العال لان طولها الموجي لا يتوقف علي فرق الجهد المستخدم .

(3)          يتغير طولها الموجي بتغير مادة الهدف فكلما زاد العدد الذري لعنصر الهدف نقص الطول الموجي للأشعة المميزة .

(4)          يكون الطيف المميز متراكبا علي الطيف المستمر .

(5)          قد لا تظهر الأشعة السينية المميزة عند فروق الجهد المنخفضة .

-        حساب الطول الموجي لأشعة إكس المميزة :

يمكن حسابه من العلاقة= hυ  eV = ΔE = h  .

:. λ =  ، حيث eV , ΔE طاقة الإلكترون الساقط ، h ثابت بلانك ، C سرعة الضوء .

التطبيقات الهامة للأشعة السينية

{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{{

-        تستخدم الأشعة السينية في مجالات كثيرة منها :

(1)          دراسة التركيب البللوري للمواد :

(أ‌)   تعتمد هذه الدراسة علي أهم خواص الأشعة السينية وهي قابليتها للحيود عند مرورها في البللورات .

(ب‌)     عندما تنفذ الأشعة السينية من بين ذرات البللورة يحدث تداخل بين موجاتها كما لو كانت البللورة مكونة من فتحات عديدة وتتكون من هدب مضيئة وهدب مظلمة تبعا لفرق المسار بين الموجات المتداخلة .

(ج) ما يحدث في البللورة يشبه ما يحدث للضوء في الشق المزدوج أو ما يسمي (محزوز الحيود ) .

(2)   الكشف عن العيوب التركيبية في المواد المستخدمة في الصناعات المعدنية : وذلك لأن لها قدرة كبيرة علي النفاذ .

(3) تستخدم في بعض التشخيصات الطبية : مثل تصوير العظام لتحديد الكسور أو الشروخ وذلك لأن لها قدرة علي التصوير واختراق المواد المختلفة بدرجات متفاوتة .

فصل الاطياف الذرية ورد الثانوية العامة