عارض الجزيئات ثلاثي الأبعاد
المعادلات في هذه المحاكاة
| k | ثابت قوة الرابطة (صلابة النابض) | بوحدة N/m، من أطياف تحت الحمراء: O–H 780، وN–H 650، وC–H 480، وC–C 450، وC=C 960، وC=O 1,200، وN≡N 2,300، وNa–Cl 100؛ الرابطة الثنائية أصلب من الأحادية بنحو الضعف | |
|---|---|---|---|
| r₀ | طول الرابطة عند التوازن | أطوال الروابط المقيسة لكل جزيء، بوحدة Å (10⁻¹⁰ m): O–H 0.96، وC–H 1.09، وC–C 1.52، وC=O 1.21 | |
| r | طول الرابطة (يتغير مع اهتزازها) | تتبع المخططات رابطة واحدة من كل نوع | |
| F | القوة المعيدة على الذرتين | قانون هوك، بالنانونيوتن؛ يسحب الرابطة الممدودة إلى الخلف ويدفع المضغوطة إلى الخارج | |
| × | تكبير الإزاحة (الاهتزازات مرسومة أكبر) | عند درجة حرارة الغرفة تتمدد الرابطة نحو 0.02 Å فقط، أي بضعة بالمئة من طولها، فالرسم يضخّم الحركة؛ والمخططات تعرض المسافات الحقيقية |
بالقيم الحالية:
| μ | الكتلة المختزلة للذرتين | بوحدات الكتلة الذرية؛ الهيدروجين الخفيف على ذرة ثقيلة يعطي μ صغيرة واهتزازًا سريعًا | |
|---|---|---|---|
| ν | تردد اهتزاز الرابطة | نحو 10¹³ إلى 10¹⁴ مرة في الثانية؛ يُمتص الضوء تحت الأحمر الذي له التردد نفسه، وهكذا يعرف مطياف تحت الحمراء الروابط التي تحتويها العينة | |
| ν̃ = ν ÷ c | العدد الموجي | بوحدة cm⁻¹، وهي الوحدة في طيف تحت الحمراء؛ المقيس: O–H 3,650، وC–H 2,900، وC=O 1,700، وC–C 1,000 |
بالقيم الحالية:
| T | درجة الحرارة T (مدى اهتزاز الذرات)، K | تحدد الطاقة الحركية الموزعة بين الاهتزازات؛ وتُدفع الذرات نحوها أثناء حركتها | |
|---|---|---|---|
| 3N − 6 | عدد اهتزازات الجزيء | N ذرة؛ 3N − 5 للجزيء الخطي، لأن الدوران حول محوره ليس حركة | |
| E_k | الطاقة الحركية للذرات | مقيسة من سرعاتها؛ وتتبادل ذهابًا وإيابًا مع الطاقة المخزنة في النوابض الممدودة | |
| k_B | ثابت بولتزمان | 8.617 × 10⁻⁵ eV لكل كلفن |
بالقيم الحالية:
| nᵢ | عدد ذرات كل عنصر | يُقرأ من الصيغة؛ الأرقام السفلية | |
|---|---|---|---|
| Aᵢ | الوزن الذري لذلك العنصر | بوحدة g/mol: H 1.008، وC 12.011، وN 14.007، وO 15.999، وNa 22.990، وCl 35.45 | |
| M | الكتلة المولية | كتلة مول واحد من الجزيء |
بالقيم الحالية:
كيف تستخدم عارض الجزيئات ثلاثي الأبعاد
- اختر جزيئًا. الذرات ملونة حسب العنصر (الهيدروجين أبيض، والكربون أسود، والأكسجين أحمر، والنيتروجين أزرق، والكلور أخضر، والصوديوم بنفسجي) والعصي تبين الروابط. كل رابطة نابض بصلابة الرابطة الحقيقية، والذرات تهتز حسب درجة الحرارة التي تحددها.
- ارفع درجة الحرارة لتكبر الاهتزازات، وأبطئ العرض لتتبع شدًا واحدًا لرابطة O–H (تذهب وتعود 110 تريليونات مرة في الثانية)، وخفّض التكبير لترى كم الحركة الحقيقية صغيرة.
- تتبع الرسوم طول رابطة من كل نوع: ذرات الهيدروجين الخفيفة على الذرات الثقيلة تهتز أسرع، والروابط الثنائية أسرع من الأحادية. والرسم تحت المعادلات يوزع هذه الترددات بـ cm⁻¹ كقمم طيف الأشعة تحت الحمراء. تُجمع الكتلة المولية من الذرات؛ وحاسبة الكتلة المولية تفعل الشيء نفسه مع أي صيغة.
الأسئلة الشائعة
لماذا تهتز الروابط؟
تتصرف الرابطة الكيميائية كنابض: باعد بين الذرتين أو قرّبهما فتعيدهما قوة. الذرات لا تسكن أبدًا، فتمتد كل رابطة وتنكمش بتردد تحدده صلابتها وكتلتا طرفيها، ν = (1 ÷ 2π) √(k ÷ μ). والحرارة تكبّر الحركة، وهذا معنى درجة الحرارة على هذا المقياس.
ما علاقة ذلك بطيف الأشعة تحت الحمراء؟
ضوء الأشعة تحت الحمراء الذي يطابق تمامًا تردد اهتزاز رابطة تمتصه تلك الرابطة. يمسح مطياف IR الترددات ويسجل الممتص منها، فقمة قرب 3650 cm⁻¹ تعني O–H، وقرب 2900 cm⁻¹ تعني C–H، وقرب 1700 cm⁻¹ تعني C=O. والترددات هنا تأتي من نموذج النوابض نفسه بثوابت قوة مقيسة من تلك الأطياف.
هل الحركة بمقياس حقيقي؟
لا. في درجة حرارة الغرفة تمتد الرابطة نحو 0.02 Å فقط، أي نسبة صغيرة من طولها، وهذا غير مرئي، فتُرسم الإزاحات أكبر بعشر مرات افتراضيًا. وتعرض الرسوم المسافات الحقيقية بالأنغستروم. النموذج كلاسيكي؛ والرابطة الحقيقية تحتفظ بحركة نقطة الصفر بنحو 0.05 Å حتى عند الصفر المطلق.
لماذا يُعرض كلوريد الصوديوم كشبكة؟
NaCl ليس له جزيئات. تتراص أيونات الصوديوم والكلوريد في شبكة مكعبة متكررة يلامس فيها كل أيون ستة من النوع الآخر، والصيغة NaCl تعطي النسبة فقط. يعرض العارض قطعة 3 × 3 × 3؛ وتهتز الأيونات حول مواضعها في الشبكة كما تهتز ذرات الجزيء.
تقول إن WebGL معطّل.
يحتاج العرض ثلاثي الأبعاد إلى WebGL، وهو موجود في كل المتصفحات الحالية. قد يكون معطّلًا إن كان تسريع العتاد مطفأً في إعدادات المتصفح، أو بسبب برنامج تشغيل رسومي قديم جدًا. فعّل تسريع العتاد أو جرّب متصفحًا آخر.
هل يُرفع أي شيء؟
لا. يرسم متصفحك نفسه المحاكاة بـ WebGL؛ لا يُرسل شيء إلى أي مكان، وتستمر في العمل دون اتصال بعد تحميل الصفحة.