لم تفسر نظرية بور أطياف ذرات العناصر الأكثر تعقيداً من ذرة الهيدروجين
نتطرق من خلالهذا المقال إلى الإجابة على سؤال لم تفسر نظرية بور أطياف ذرات العناصر الأكثر تعقيداً من ذرة الهيدروجين حيث يأتي بصورة ضع علامة صح أو خطأ، وتكون الإجابة على هذا السؤال صح، نوضح ذلك فيما يلي:
- يرجع ذلك إلى مستويات الطاقة الموجودة بتلك العناصر، والتي كانت معقدة للغاية مما يدل على وجود بعض المستويات الفرعية الأخرى ضمن المستوى الرئيس الواحد.
- تعد ذرة الهيدروجين من ابسط الذرات، فضلًا عن كونها العنصر الأول في الجدول الدوري.
- يقوم الهيدروجين بتكوين 90% تقريبًا من كتلة عناصر الكون، حيث يتكون من إلكترون واحد وبروتون.
- اقترح العالم الفيزيائي نيلس بور نموذج بور لتمثيل ذرة الهيدروجين، فيما تعد الذرة كنواة صغيرة ذات شحنة موجبة وحولها الإلكترونات بالمدارات مثل النظام الشمسي.
نظرية بور لذرة الهيدروجين
مع حلول القرن العشرين أثبتت العديد من التجارب تكون الذرة من إلكترونات سالبة الشحنة، بينما تدور في مدارات حول نواة صغيرة وذات شحنة موجبة، نستعرض فيما يلي مراحل نظرية بور:
- بدأت بعض المشاكل في الظهور عندما قامت الإلكترونيات المشحونة كهربائيًا بإشعاع طاقة بصورة مستمرة، الأمر الذي أدى إلى دورانها بصورة حلزونية تحت تأثر العجلة المركزية من ثم تسقط في النواة.
- جاء نموذج بور الذي أكد على أن الإلكترونات تكون على مسافة محددة من البروتون، إلا انه عند تواجدها بمكان أخر فان الطاقة تفقد عن طريق الإشعاع الضوئي.
- كما يقل نصف قطر الدوران الخاص بالإلكترون حول البروتون الذي تسقط فيه، مما يؤدي إلى تدمير الذرة.
- عام 1913 اقترح بور من خلال نظريته أن تدور الإلكترونات حول البروتون في مدارات دائرية ذات طاقات كمية منفصله، وذلك بفعل قوى التجاذب لكولوم.
- كما انه اكد أن الميكانيكا التقليدية لا يمكن تطبيقها أثناء قيام الإلكترون بالقفز بين المدارات المسموح له التواجد فيها، بل تطبق عند المدارات الثابتة للإلكترون والتي لا تبعث الطاقة.
- حينما يقوم الإلكترون بالقفز من مدار إلى أخر فانه يفقد أو يكتسب طاقة جديدة بوحدة كمية الطاقة والتي تسمى فوتون.
- جعل المدارات المسموحة تعتمد على قيم الكميات المنفصلة لمدار العزم الزاوي L، وذلك وفقًا للمعادلة H/2Π×n=n×h=L.
- حيث أن 1, 2, 3, 4 ….=n، بينما يطلق على L عدد الكم المداري، ورقم 1 هو اقل مستوى للـn.
- فيما يبلغ اقل نصف قطر بذرة الهيدروجين 0.0529 نانو متر الذي عرف بعد ذلك بنصف قطر بور.
- لا يمكن أن ينتقل اصغر إلكترونات المدار إلى قيمة اقل مما هو عليها، حتى مع اقترابه من البروتون.
فروض نظرية بور لذرة الهيدروجين
اعتمد بور على بعض الفروض الخاصة برذفورد لتركيب الذرة، نوضح فيما يلي بعض تلك الفروض:
- تتمركز داخل الذرة نواة ذات شحنة موجبة.
- تتساوى الإلكترونات السالبة التي تدور حول النواة مع البروتونات الموجبة حول النواة في العدد.
- عند دوران الإلكترون حول النواة تتولد قوى طرد مركزية، ويساعد في ذلك سرعة دوران الإلكترونات والتي تتعادل مع قوة الجذ المركزية للنواة.
- بالإضافة إلى بعض الفروض التي أضافها بور والتي نصت على أن الإلكترونات تتحرك بصورة سريعة حول النواة، مع الحفاظ على ما بها منطقة فلا تفقد ولا تكتسب أخرى.
- تدور الإلكترونات حول النواة داخل مستويات طاقة معينة، بينما تعد الفراغات الموجودة بينها من المناطق المحرمة لدورانها.
- تختلف طاقة الإلكترون أثناء حركته وفقًا لبعد مستوى الطاقة عن النواة، فيما تزداد الطاقة للمستوى عند زيادة نصف القطر.
- يظل الإلكترون محتفظ بأقل مستويات الطاقة المتاحة عند حالة الاستقرار.
- اثناء الحركة يكتسب الإلكترون جزء من الطاقة بالتسخين أو التفريغ الكهربائي، مما يساعد في انتقاله بصورة مؤقته إلى مستوى طاقة أعلى لكن وضعه يكون غير مستقر فيرجع إلى مستواه الأصلي مرة أخرى، لذلك لم تفسر نظرية بور أطياف ذرات العناصر الأكثر تعقيداً من ذرة الهيدروجين.
عيوب نظرية بور والقصور في النموذج
على الرغم لما حققته النظرية من فوائد، إلا أنها صاحبتها بعض العيوب، نوضح ذلك فيما يلي:
- يعرف هذا النموذج الإلكترونات بأن لها مدار وموقع محدد، الأمر الذي ينتهك مبدأ هايزنبرغ.
- توفر النظرية قيمة غير صحيحة من الزخم الزاوي المداري، بالإضافة إلى التنبؤات الغير صحيحة لأطياف لذرات الأكبر.
- عدم قدرته على التنبؤ بالكثافة النسبية للخطوط الطيفية.
- لم تفسر نظرية بور أطياف ذرات العناصر الأكثر تعقيداً من ذرة الهيدروجين، إلى جانب عدم تفسير تأثير زيمان.
مميزات نظرية بور لذرة الهيدروجين
استطاعت نظرية بور أن تحقق الكثير من الفوائد، وذلك بسبب العديد مميزاتها الكثيرة، نوضح ذلك فيما يلي:
- قام بوصف معظم خواص النظرية الذرية دون الحاجة إلى المعادلات الرياضية المعقدة.
- على عكس كل النماذج السابقة، فان بور استطاع شرح صيغة ريدبرج لخطوط الانبعاث الطيفي لذرة الهيدروجين.
- يحتوي النموذج على إلكترونات سالبة الشحنة تقوم بالدوران حول نواة موجبة الشحنة، وفقًا لنفس الطريقة التي تدور بها الكواكب حول الشمس، لذلك سمي بالنموذج الكوكبي.
- تحتوي المدارات التي فيها الإلكترونات على طاقة وحجم ثابت، تختلف الطاقة الموجودة بالمدار وفقًا لحجمه، فإذا كان حجم المدار اصغر تكون طاقته اقل.
- على الرغم من أن لم تفسر نظرية بور أطياف ذرات العناصر الأكثر تعقيداً من ذرة الهيدروجين، إلا أنها قامت بعرض أسباب خمول الغازات النبيلة وعدم قدرتها على جذب الذرات إلى الجانب الأيسر للجدول الدوري، بالإضافة إلى فقدانها في الذرات الموجودة على الجانب الأيمن من الجدول.
