اتم هیدروژن به عنوان سادهترین اتم، تنها دارای یک پروتون در هسته و یک الکترون پیرامون آن است. در گستره مرگی از طیف نشری خطی بهدست آمده از اتمهای آن، وجود چهار خط یا نوار رنگی با طول موج وانرژی معین، تایید شده است. از آنجاکه هر نوار رنگی در طیف نشری خطی، نوری با طول موج وانرژی معین را نشان میدهد، نیلز بور بر این باور بود که از بررسی تعداد و جایگاه آنها، میتوان اطلاعات ارزشمندی از ساختار اتم هیدروژن به دست آورد. او پس از پزوهشهای بسیار، توانست مدلی برای اتم هیدروژن اراقه کند. اگرچه مدل بور با موفقیت توانست طیف نشری خطی هیدروژن را توجیه کند اما توانایی توجیه طیف
نشری خطی دیگر عنصرها را نداشت.
دانشمندان به دنبال توجیه و علت ایجاد طیف نشری خطی دیگر عنصرها و نیز چگونگی نشر نوراز اتم ها، ساختاری لایهای برای اتم اراته کردند (شکل ۸ ۱).دراین مدل، اتم را کرهای درنظر می گیرند که هسته در فضایی بسیار کوچک ودر مرکز آن جای دارد و الکترونها در فضایی بسیار بزرگتر و در لایههایی پیرامون هسته توزیع میشوند. این لایهها را از هسته به سمت بیرون شمارهگذاری میکنند و شماره هر لایه را با n نمایش میدهند. n، عدد کوانتومی اصلی’ نامیده میشود که برای لایه اول n=۱، برای لایه دوم n= ۲،۰۰۰و برای لایه هفتم n=۷ است.
در ساختار لایهای اتم مطابق شکل ۱۸، هر بخش پررنگ، مهمترین بخش از یک لایه الکترونی را نشان میدهد. بخشی که الکترونهای آن لایه، بیشتر وقت خود را در آن فاصله از هسته سپری میکنند به این معنا که الکترون در هر لایهای که باشد در همه نقاط پیرامون هسته حضور مییابد اما در مجدوده یاد شده احتمال حضور بیشتری دارد.
نکته مهم وجالب توجه دراین مدل، کوانتومیبودن دادوستد انرژی! هنگام انتقال الکترون ازیک لایه به لایه دیگراست. در واقع الکترون هنگام انتقال ازیک لایه به لایه دیگر، انرژی را به صورت پیمانهای یا بسته های معین، جذب یا نشر میکند. برای درک بهتر مفهوم کوانتومی بودن انرژی، تصور کنید برای رسیدن به بالای یک بلندی دوراه وجود دارد، (شکل ۱۹).
در راه اول میتوان از پلکان بالا رفت. بدیهی است که برای بالا رفتن ازپلکان، باید پا روی هر پله گذاشت وبا صرف انرژی از یک پله به پله بالایی رفت. توجه کنید که هرگز نمیتوان جایی میان دو پله ایستاد. همچنین برای بالا رفتن از هر پله باید انرژی معین و کافی صرف کرد تا بدن را از آن پله به پله بعدی بالا بکشد، زبرا اگر انرژی به کار رفته کمتر ازاین مقدار انرژی باشد، دیگر نمیتوان به پله بالاتر رسید (شکل ۱۹-آ). در راه دوم برای رسیدن به بالای این سربالایی، باید ازیک مسیرهموار بالا رفت. در این راه، دیگر مشکل راه اول وجود ندارد، زیرا در هر لحظه و به هر اندازه میتوان بالا رفت هر جایی که ممکن است، ایستاد و به هر مقدار دلخواهی انرژی صرف کرد (شکل ۱۹-ب) با این توصیف در میان این دوراه، هنگام بالا رفتن ازپلکان محدودیت آشکاری وجود دارد.
الکترونها در اتم نیز برای گرفتن یا از دستدادن انرژی هنگام انتقال بین لایهها با محدودیت مشابهی همانند بالا رفتن از پلکان روبه رو هستند برای نمونه، هنگامی که به اتمهای گازی یک عنصر با تابش نور یا گرم کردن، انرژی داده میشود، الکترونها با جذب انرژی معین از لایهای به لایه بالاتر انتقال مییابند. از سوی دیگر هر چه مقدار انرژی جذبشده بیشتر باشد، الکترونها به لایههای بالاتری انتقال مییابند (شکل ه ۲).
با این توصیف انرژی دادوستد شده هنگام انتقال الکترونها در اتم، کوانتومی است و انرژی در پیمانههای معینی، جذب یا نشر میشود به همین دلیل، چنین ساختاری را برای اتم، مدل کوانتومی اتم’ نامیدهاند. براساس این مدل، الکترونها در هر لایه، آرایش وانرژی معینی دارند و اتم از پایداری نسبی برخوردار است بهطوری که گفته میشود اتم در حالت پایه قرار دارد. در این ساختار، انرژی الکترونها در اتم با افزایش فاصله از هسته فزونی میبابد. حال اگر به اتمها در حالت پایه انرژی داده شود، الکترونهای آنها با جذب انرژی به لایههای بالاتر انتقال مییابد. به اتمها در چنین حالتی، اتمهای برانگیخته’ میگویند (شکل ۲۱ ~
اتمهای برانگیخته پرانرژی و ناپایدارند از اینرو تمایل دارند دوباره با از دست دادن انرژی به حالت پایدارتر و در نهایت به حالت پایه برگردند. از آنجاکه برای الکترون، نشر نور مناسبترین شیوه برای از دست دادن انرژی است، الکترونها در اتم برانگیخته، هنگام بازگشت به حالت پایه، نوری با طول موج معین نشر میکنند.
اینک میتوان گفت هر نوار رنگی در طیف نشری خطی هر عنصر، پرتوهای نشر شده هنگام بازگشت الکترونها را از لایههای بالاتر به لایههای پایینتر نشان میدهد. از آنجاکه انرژی لایههای الکترونی پیرامون هسته هر اتم ویزه همان اتم بوده و به عدد اتمی آن وابسته است، پس انرژی لایهها و تفاوت انرژی میان آنها در اتم عنصرهای گوناگون، متفاوت است و انتظار میرود هر عنصر، طیف نشری خطی منحصر به فردی ایجاد کند (شکل ۲۲).
با تعیین دقیق طول موج نوارهای یادشده میتوان به تصویر دقیقی از انرژی لایههای الکترونی و در واقع آرایش الکترونی اتم دست یافت.
دیدگاهتان را بنویسید