تعريف سحابة الكترون
سحابة الإلكترون عبارة عن سحابة احتمالية تحيط بالنواة في ذرة حيث يكون لدى المرء أعلى احتمال لإيجاد إلكترون.
عندما تفكر في ذرة ، ربما يستحضر عقلك صورة لنواة مركزية بها مجموعة كاملة من الإلكترونات تدور حولها. هذه هي الصورة التي رأيناها في عدد لا يحصى من عروض الخيال العلمي والكتب المصورة والأفلام. هذه صورة الذرة التي عززناها في أدمغتنا طوال حياتنا.
ومع ذلك ، نظرًا لأن البحث المستمر في هذه المسألة جعل المجتمع العلمي يدرك أن هذا ليس في الواقع شكل الذرة. مشوش؟ صدقني ، في البداية ، كنت كذلك. لطالما افترضت أن الإلكترون عبارة عن كرة صغيرة مستديرة تمامًا تدور حول نواة كثيفة. كما اتضح ، فإن هذا التمثيل لا ينصف الصورة الحقيقية للذرة.
تحتوي الذرة على نواة مركزية تتكون من البروتونات والنيوترونات. يحيط به "ضباب احتمالية" حيث يكون للإلكترون أعلى فرص العثور عليه. كلما زادت كثافة المنطقة ، زادت فرصة إيجاد إلكترون. يسمى هذا الضباب الكثيف بالاحتمالية سحابة الإلكترون.
أولئك الذين لديهم نزعة فضولية (مثلي) ربما لا يكونون سعداء بمثل هذا التفسير المبسط. أريد أن أذهب أبعد من ذلك في المسار الضبابي لسحابة الإلكترون ، لكن دعنا نبدأ من فهمنا المبكر جدًا للإلكترونات داخل الذرة والتقدم إلى الأمام من هناك.
نموذج حلوى البرقوق للذرة
بحلول عام 1910 ، اكتشف العلماء مكونين رئيسيين للذرة ، بروتونات موجبة الشحنة وإلكترونات سالبة الشحنة (اكتشف جيمس تشادويك النيوترون لاحقًا في عام 1932). ومع ذلك ، كانت هيئة المحلفين لا تزال خارج نطاق كيفية تنظيم هذه الجسيمات داخل الذرة. تم تقديم أحد التفسيرات الأولى بواسطة J.J. Thompson ، الذي ذكر أن الإلكترونات والبروتونات تنتشر بالتساوي داخل الذرة ، في شكل يشبه إلى حد ما "حلوى البرقوق".
نموذج رذرفورد للذرة
لاختبار فرضية طومسون ، أجرى إرنست رذرفورد تجربته المشهورة عالميًا بالرقائق الذهبية ، والتي قصف فيها قطعة من رقائق الذهب بجزيئات ألفا.
إذا كان نموذج بودنغ البرقوق دقيقًا بالفعل ، فلن يكون هناك انحراف ضئيل أو معدوم لجسيمات ألفا. ومع ذلك ، لاحظ رذرفورد أنه في حين أن بعض جسيمات ألفا تمر مباشرة من خلالها ، دون انقطاع ، ارتد القليل منها إلى نقطة الأصل. أدى هذا التناقض إلى قيام رذرفورد باقتراح نموذج جديد للذرة. بدت المناطق التي تمر فيها الجسيمات دون انقطاع فارغة إلى حد كبير ، بينما بدا أن النقاط التي تنحرف فيها الجسيمات أو ارتدت عندها تحتوي على تركيز عالٍ من الكتلة الكلية للذرة. وهكذا ، فقد نبذ نموذج حلوى البرقوق لصالح النموذج الذري الكلاسيكي الذي نراه في الوسائط الشعبية - وهي نواة مركزية محاطة بالإلكترونات.
إقرأ ايضا:
نموذج بوهر للذرة
بينما حظي نموذج رذرفورد بقبول واسع النطاق ، قام أحد طلابه ، نيلز بور ، بتنقيح النموذج بشكل أكبر. لقد أثبت أن الإلكترونات المحيطة بالذرة لا تدور بشكل تعسفي. بدلاً من ذلك ، فهي تدور في مدارات محددة جيدًا عند مستويات طاقة محددة جدًا ، أي أن المدارات محددة كميًا. من خلال هذا الدليل ، كان نموذج بوهر للذرة قادرًا على تفسير ظاهرة معينة ، مثل طيف الهيدروجين. ومع ذلك ، هذه مناقشة أخرى كاملة.
سحابة الإلكترون
شرح كل من هذه النماذج معظم الألغاز التي حيرت المجتمع العلمي لعقود. كان نموذج بور المداري الكمي بديهيًا لدرجة أنه بدا مثاليًا. ومع ذلك ، كما كشفت ميكانيكا الكم ، كان النموذج بعيدًا عن الواقع. افترضت جميع النماذج السابقة للذرة أن الإلكترون عبارة عن جسيم بكتلة محددة جيدًا تدور حول النواة مثل نظام كوكبي. لكن في الواقع ، يشبه الإلكترون سحابة كثيفة من الاحتمالات تحيط بالنواة.
يمتلك الإلكترون طاقة حركية وزخمًا قابلين للقياس ، لكنه لا يُظهر أي مظهر من مظاهر الثورة. يحيط الإلكترون ببساطة بنواة الذرة مثل ضباب كثيف. ومع ذلك ، دعونا نوضح شيئًا واحدًا - الإلكترون ليس جسيمًا بعيد المنال يمكننا البحث عنه في الضباب. إنه ليس هدفًا يتحرك بسرعة كبيرة بحيث يبدو وكأنه سحابة ضبابية. في الواقع ، الإلكترون هو السحابة.
هل السحابة الإلكترونية لها كتلة؟
لقد أثبتنا أن الإلكترون ليس كرة كاملة تدور حول النواة ، بل منطقة احتمالية كثيفة ضبابية. إذن ، كيف يمكننا التأكد من كتلته؟ هل لسحابة الإلكترون كتلة؟ توضح الكتب المدرسية العلمية في كل مكان بثقة وبخطوط كبيرة جريئة أن الإلكترون كتلته 9.11 × 10-31 كجم. هذا صحيح.
هذا يطرح السؤال ، مع ذلك ، هل تزن السحابة بأكملها 9.11 × 10-31 كجم؟ نعم. ماذا عن جزء من السحابة؟ هل يمكن أن يكون لجزء من السحابة كتلة أقل من الإلكترون؟ ليس صحيحا.
تصبح الأمور أكثر ضبابية من هنا. لنفترض أن لديك ملعقة صغيرة. تأخذ هذه الملعقة وتغمسها في 25٪ من مساحة السحابة الإلكترونية. هل تحتوي الملعقة إذن على وزن يساوي 25٪ من 9.11 × 10-31 كجم؟ لا. عندما تحتوي الملعقة على 25٪ من سحابة الإلكترون ، تمتلك الملعقة فرصة بنسبة 25٪ لاحتواء كتلة الإلكترون التي تبلغ 9.11 × 10-31 كجم. يمكنك إما امتلاك الإلكترون بأكمله أو عدم امتلاكه. على الرغم من تمثيلها بواسطة سحابة ، لا يمكن تقسيمها إلى أجزاء ، لأن السحابة ليست مادية. السحابة هي أفضل طريقة لتوضيح الحالة الحقيقية للإلكترون.
بالطبع ، كان هذا تفسيرًا مبسطًا للغاية لسحابة إلكترونية. يمثل عالم ميكانيكا الكم المعقد رياضيًا سحابة الإلكترون كدالة موجية كمومية تحكمها الاحتمالات. ومع ذلك ، تبدو مثل هذه الرياضيات خارج نطاق هذه القطعة. كان هدفي هنا مجرد مساعدتك على تصور "الإلكترون" على حقيقته.
المصدر scienceabc