وبلاگ شيمي گناباد براي همه ايرانيان
|
|
اعداد كوانتومي |
|
|
يك آدرس هستند، آدرسي كه مي خواهد مكان يك الكترون را به ما نشان دهد . فرض نماييد الكترون در يك ساختمان چند طبقه اي، در يكي از واحد هاي اين ساختمان چند طبقه اي، در يكي از اتاق هاي اين واحد، و در اتاق هم در وضعيتي خاص (فرض كنيد خوابيده يا نشسته) قرار گرفته و ما مي خواهيم با دادن يك آدرس بگوييم كه الكترون در كدام طبقه، واحد، اتاق و در چه وضعيتي قرار گرفته و آن را توصيف نماييم. اول از همه طبقه اي كه الكترون در آنجا قرار گرفته، عدد كوانتومي اصلي يا n اين كار را براي ما انجام مي دهد و فاصله ي الكترون از هسته (مثلا" در ساختمان، فاصله از زمين) را براي ما نشان مي دهد. هر چه n كوچكتر باشد، لايه اي كه الكترون در آن قرار گرفته به هسته نزديكتر و درنتيجه تحرك و انرژي الكترون كمتر خواهد بود. همانطور كه هر طبقه ممكن است از چندين واحد تشكيل شده باشد، هر لايه نيز از يك يا چند زير لايه تشكيل شده است. اين زير لايه ها با اعداد كوانتومي l (ال كوچك) نشان داده مي شود و براي هر لايه، گستره ي 0,…,(n-1) را شامل مي شود. كه هر كدام يك اسمي دارند، l=0 اسمش اوربيتال s است، اسم l=1 اوربيتال p است و .... همانطور كه يك واحد ساختماني شامل يك يا چند اتاق مي شود، هر زير لايه نيز دربرگيرنده ي يك يا چند اتاقك اوربيتال است كه ممكن است الكترون در آن جا بگيرد. اتاقها يا اوربتالها را با ml نشان مي دهند و تعداد آن از فرمول –l,…,0,…,+l تبعيت مي كند. به عنوان مثال اوربيتالهاي p با l=1، سه اتاق يا اوربيتال با ml هاي -1 , 0 , +1 را شامل مي شود. درنهايت وضعيت الكترون كه در چه جهتي مي چرخد در جهت حركت عقربه هاي ساعت، يا عكس آن ، اينرا با عدد كوانتومي اسپيني نشان مي دهند. و نماد آن ms بوده و اعداد 2/1+ و 2/1- را شامل مي شود. ترتيب پر شدن اوربتالها هم از قاعده ي آفبا تبعيت مي كند و بايد آن را حفظ كنيد. زيرا در اتم هايي كه بيش از يك الكترون دارند، زيرلايه هاي موجود در يك لايه ديگر انرژي يكساني ندارند بلكه انرژي آنها به صورت f>d>p>s مي باشد. حال مثلا" انرژي 3p آنقدر بالا مي رود كه حتي به 4s رسيده و از آن نيز رد مي شود. الكترونها موقع پر كردن اوربيتالها، از آنهايي شروع مي كنند كه انرژي كمتري دارند، درنتيجه ابتدا الكترونها اوربيتال 4s را پر مي كنند، سپس به سراغ اوربيتالهاي 3p مي روند. اين ترتيب را بايد حفظ نماييد. در نهايت به شما توصيه مي شود كه در اين مورد مثال هاي زيادي حل نماييد تا مطلب كاملا" براي شما جا بيفتد. و اما اگر بخواهيد مفهوم اوربيتال را بدانيد چيست، مطلب زير را بخوانيد: بهتر است ابتدا از فرضيه كوانتومي شروع كنيم. فرضيه اصلي مكانيك كوانتومي اين است كه ذرات ريزي كه در نواحي كوچكي از فضا (مانند اطراف اتم) محدود شدهاند، كاملا" متفاوت از ذرات قابل رؤيت و بزرگ عمل ميكنند. حركت الكترونها در اتمها اساسا" با حركت ثوپهاي بيليلرد بر روي ميز يا حركت ماشينهاي مسابقه در مسير حركت، تفاوت دارد. شايد مهمترين اختلاف و تعجبآورترين مسئله اين باشد كه ما نميتوانيم محل يك الكترون را نسبت به هسته در يك لحظه معين دقيقا" تعيين كنيم. بهترين كاري كه ميتوانيم انجام دهيم اين است كه شانس يا" احتمال حضور" الكترون را در ناحيهي خاصي از فضا پيدا كنيم. براي مثال، ميتوانيم بگوئيم كه احتمال حضور الكترون اتم هيدروژن در ناحيهي 05/0 نانومتر نسبت به هسته، 50-50 است. اين وضعيت تا حدودي مشابه وضعي است كه در زندگي روزمره به آن برميخوريم. فرض كنيد كه دبير يك بخواهد با يكي از شاگردانش در بعدازظهر روز جمعه تماس بگيرد. معلم كه قدرت ماوراءالطبيعه (غيبگوئي) ندارد، درنتيجه نميتواند با اطمينان كامل بگويد كه دانشآموز در كجا است. ولي ميتواند بر اساس تجارب گذشته خود، احتمال حضور دانشآموز را در جاهاي مختلف حدس بزند. به عنوان مثال احتمال حضور دانشآموز در خانهي دوستش 25% ، خانهي اقوام 10% ، در خانه 20% ، ميدان ورزشي 15% ، گردش 30% و در آزمايشگاه شيمي 0% است. مجموع اين ارقام 100 ميباشد. در نظريه كوانتومي نيز يك چنين حالتي براي الكترون فرض ميشود. اگر نتوان محل يك الكترون را، در يك لحظه معين، مشخص نمود، بدين معناست كه نميتوان مسيري را كه الكترون در يك فاصله زماني معين طي ميكند، تشريح نمود ( اگر من ندانم كه شما كجا هستيد، مطمئنا" نميدانم كه چطور و با پيمودن چه مسيري به آنجا رفتهايد). اين بدين معناست كه انديشهي بوهر در مورد گردش الكترون در اطراف هستهي هيدروژن در يك مدار دايرهاي با شعاع ثابت، بايد كنار گذاشته ميشد. براي توصيف موقعيت كلي الكترون در اتم هيدروژن، بايد در جستجوي راههاي ديگر باشيم. براي اينكار از يك مدل تصويري استفاده ميكنيم كه همان شكل اوربيتال است. به عنوان مثال در اتم هيدروژن كه تنها يك الكترون وجود دارد، اين الكترون در اوربيتال 1s قرار دارد. اين اوربيتال به شكل كروي دور هسته را احاطه نموده است، در نزديكي هسته احتمال حضور الكترون زياد است و هر چه از هسته دور ميشويم، احتمال حضور الكترون كمتر ميشود. اين واقعيت كه محل الكترونها را در يك اتم دقيقا" نميتوان معلوم كرد، كه بخش اصلي تئوري كوانتومي را تشكيل ميدهد، اين بحث را در مورد پخش الكترون در اتمها مبهم ميسازد، اما مدل كوانتوم به آن حدي كه به نظر ميرسد، پيچيده و مبهم نيست. اين مدل به معادلاتي منجر ميشود كه حالات انرژي قابل استفاده براي الكترونها در اتم را توضيح ميدهد. با اين توضيحات، اوربيتال فضايي در اطراف هسته است كه بيشترين احتمال حضور الكترون را دارد . هر اوربيتال تنها ميتواند دو الكترون در خود جاي دهد و براي جلوگيري از دافعه’ دو بار منفي ، دو الكترون حتما بايد داراي عدد اسپيني مخالف باشند . عدد اسپيني نشاندهنده’ جهت چرخش الكترون به دور خويش است. پس دو الكترون بايد در جهتهاي عكس يكديگر به دور خويش بجرخند . شكل و سطح انرژي اوربيتالهاي مختلف با يكديگر متفاوت است. مثلا اتم ئيدروژن كه تنها يك الكترون دارد ، يك اوربيتال s دارد كه شكل آن كروي است و آن اوربيتال هم در نزديكترين فاصله به هسته قرار دارد . اما با افزايش تعداد الكترونها ، به اوربيتالهاي بيشتري براي استقرار الكترونها نياز داريم. و با افزايش اوربيتالها فاصله آنها از هسته نيز افزايش مييابد. الكترون سوم و چهارم به اوربيتال s ديگري كه در سطح بالاتري از انرژي قرار دارد ميرود اما از الكترون پنجم به بعد ، الكترونها وارد اوربيتال p ميشوند كه دمبليشكل است ، ميروند و به همين ترتيب ادامه مييابد و اوربيتالهاي ديگري نيز هستند كه آنها شكل پيچيدهتري دارند و فاصله بيشتري نيز از هسته پيدا ميكنند. |
||
|
نوشته شده در یکشنبه بیست و سوم مهر 1385ساعت 5:17 قبل از ظهر توسط حسين زماني
|
|
||