بنية الذرة والضوء: دليل دراسة

الأفكار الأساسية

للذرة نواة صغيرة من بروتونات ونيوترونات تحيط بها إلكترونات في أغلفة ومدارات. يُصدر الضوء أو يُمتص عندما تنتقل الإلكترونات بين مستويات الطاقة.

• العدد الذري Z هو عدد البروتونات. العدد الكتلي A هو البروتونات زائد النيوترونات، فالنيوترونات = A − Z.
• تملأ الإلكترونات أغلفة سعتها 2n²، مقسمة إلى أغلفة فرعية s و p و d و f تتسع لـ 2 و 6 و 10 و 14 إلكتروناً.
• يخضع الضوء لـ c = λν ولكل فوتون طاقة E = hν. ينشأ خط الهيدروجين من انتقال n₂ → n₁ وفق 1 ÷ λ = R(1 ÷ n₁² − 1 ÷ n₂²) حيث R = 1.097 × 10⁷ m⁻¹.
• كلما قصر الطول الموجي زاد التردد وطاقة الفوتون.

المعادلات الأساسية

• c = λν
• E = hν = hc ÷ λ
• 1 ÷ λ = R(1 ÷ n₁² − 1 ÷ n₂²)
• neutrons = A − Z
• electrons in shell n: 2n²

مثال محلول

خط بالمر الأحمر للهيدروجين هو الانتقال n = 3 → 2. 1 ÷ λ = 1.097 × 10⁷ × (1 ÷ 4 − 1 ÷ 9) = 1.52 × 10⁶ m⁻¹ فيكون λ = 656 nm. التردد 3.00 × 10⁸ ÷ 656 × 10⁻⁹ = 4.57 × 10¹⁴ Hz وطاقة الفوتون 1240 ÷ 656 = 1.89 eV. مثال آخر: اليورانيوم-235 فيه 235 − 92 = 143 نيوتروناً.

أخطاء شائعة

• الخلط بين العدد الكتلي والكتلة الذرية في الجدول الدوري وهي متوسط للنظائر.
• خلط النانومتر بالمتر عند استعمال صيغة ريدبرغ.
• الظن أن الانتقال الأكبر بين المستويات يعطي طولاً موجياً أطول. هو يعطي طولاً أقصر.

تدرّب

اختبر نفسك بأسئلة تدريبية في هذا الموضوع: بنية الذرة والضوء