تلقى
المنشور السابق تقييماً سلبياً بعبارة "لماذا تنشر هذه الأشياء الأولية هنا". لذلك ، أحذر على الفور من أن هذه المادة مخصصة بالدرجة الأولى لأطفال المدارس الذين يبدأون في دراسة الكيمياء. وكذلك لأولئك الذين لم يفهموا هذا الموضوع في سنوات الدراسة. أود أن أنشر مقالًا عن مورد متخصص مشهور لأطفال المدارس إذا كان موجودًا.
ونعم ، أنا مدرك لوجود نموذج ذري يكون فيه الإلكترون موجة احتمالية تقع بالقرب من النواة. لكن كقاعدة عامة ، يصعب على الطالب تخيل كيف يمكن للاحتمال أن يجمع الذرات في جزيئات. لذلك ، أذكر "على الأصابع".
اتصال الذرات بالجزيئاتعالمنا لا وجود له في شكل ذرات منفصلة ، فهي تتواصل بطريقة ما مع بعضها البعض. أي واحد؟
تأخذ اثنين من ذرات الهيدروجين. يحتوي كل منها على بروتون واحد وإلكترون واحد ، وبالتالي فإن الشحنة الكلية لكل من هذه الذرات هي صفر.
قانون قلادة
F = k * q1 * q2 / r ^ 2يخبرنا أنه لا ينبغي جذب الهيئات المحايدة لبعضها البعض
(q1 = 0 ، q2 = 0) .
لذلك ، يجب أن يوجد الهيدروجين (وأي عنصر كيميائي آخر) فقط في شكل ذرات ، وألا يتحد في الجزيئات أبدًا. في الواقع ، تتحد ذرات الهيدروجين دائمًا في أزواج. لماذا؟
دعنا نأخذ قطعتين من المعدن ، ونرتبهما بالتوازي على مسافة صغيرة من بعضنا البعض.
يحتوي كلا القطاعين على نفس عدد البروتونات والإلكترونات ، وبالتالي فإن الشحنة الكلية لكل منهما تساوي الصفر. لذلك ، ليس لديهم سبب للجذب المتبادل.
نحن نعلم أنه في المعادن يترك جزء من الإلكترونات الخارجية ذراتها ويمشي بحرية بين أيونات (ذرات مهجورة) من الشبكة البلورية للمعدن. ويتم توزيع هذه الإلكترونات ، في المتوسط ، بالتساوي.
تخيل أننا تمكنا بطريقة ما من نقل جزء من هذه الإلكترونات الحرة إلى الجانب الأيسر من الجزء السفلي من المعدن. علاوة على ذلك ، في الجانب الأيمن سيكون هناك عجز في الإلكترونات.
لقد حصلنا على ما يسمى ثنائي القطب: الجانب الأيسر من القطعة مشحون سالبًا ، والحق إيجابي. ممتاز. وماذا سيحدث في الجزء العلوي؟ نحن نعلم أن نفس الاتهامات تتصدى لبعضها البعض ، بينما تجذب التهم الأخرى. وبالتالي ، فإن إلكترونات الجزء العلوي ، التي تبدأ من الحقول الكهربائية لإلكترونات الجزء السفلي ، ستذهب إلى الجانب الأيمن. أي أن صورة توزيع الإلكترونات في هذين القطاعين من المعادن ستصبح مرآة:
هذا التأثير للأجسام المشحونة على الأجسام المجاورة ، مما يؤدي إلى إعادة توزيع الشحنات فيها ، يسمى الحث الكهروستاتيكي.
الشيء الأكثر إثارة الآن هو أن النواة الذرية الموجبة الشحنة في الجانب الأيسر من الجزء العلوي كانت إلكترونات معاكسة تم جمعها في الجانب الأيسر من الجزء السفلي. ويتم جذب الاتهامات المعاكسة. لذا ، ستبدأ الأجزاء اليسرى من الشرائح في جذب بعضها البعض!
سيحدث نفس الشيء على الجانب الأيمن من الشرائح - فقط معكوسة. وسيتم أيضًا جذب الأطراف اليمنى للقطاعات إلى بعضها البعض. رائع ، أليس كذلك؟ إعادة توزيع الشحنات داخل أحد شرائح الموصلات أدت إلى جذب متبادل لهذين القطاعين!
ولكن ماذا يحدث إذا نقلنا الآن الإلكترونات الحرة للجزء السفلي إلى نهايتها الصحيحة؟ ثم تنتقل الإلكترونات الحرة للجزء العلوي إلى الطرف الأيسر. بمعنى ، نقل الإلكترونات ذهابًا وإيابًا في أحد القطاعات ، نجعل إلكترونات الجزء المجاور تتحرك ، وهو غير مرتبط بأي شكل من الأشكال بالأول! مثل هذا التأثير لحركة الإلكترونات في موصل واحد على حركة الإلكترونات في موصل مجاور يسمى الحث الكهروديناميكي.
على الرغم من أن هذا لا ينطبق على موضوعنا ، إلا أننا نلاحظ أننا درسنا بطريقة مبسطة إلى حد ما كيفية عمل الهوائي وجهاز الاستقبال أثناء الإرسال اللاسلكي.
يمكننا ترتيب هاتين القطعتين من المعدن بشكل مختلف - مع نهايات تواجه بعضها البعض:
إذا تمكنا من نقل الإلكترونات ، على سبيل المثال ، إلى الجانب الأيمن من الجزء الأيسر ، فإن إلكترونات الجزء الأيمن ، بدءًا منها ، سوف تنتقل أيضًا إلى الجانب الأيمن من الجزء الأيمن:
وفي هذه الحالة ، ستبدأ هاتان القطعتان من المعدن في جذب بعضهما البعض ، لأن نهاياتهما القريبة لها شحنة معاكسة. تجدر الإشارة بشكل خاص إلى أنه في البديل الثاني لترتيب الأجزاء ، ستكون قوة جاذبيتها المتبادلة أضعف ، حيث يتم جذب أطرافها المعاكسة فقط ، في حين تنجذب في البديل الأول لترتيب الأجزاء ، كل من اليسار واليمين الغايات.
ولكن كيف يرتبط هذا الترابط الذرات؟ لنلقِ نظرة على ذرة الهيدروجين. له إلكترون يتحرك حول النواة. وإذا كانت ذرة الهيدروجين الثانية قريبة ، فإن هذا الإلكترون سوف يتسبب في تحرك إلكترون الجار بنفس الطريقة التي يتحرك بها في الأجزاء المعدنية لدينا - في حين أن إلكترون إحدى الذرات يقع على جانب واحد من نواة الذرة ، فسيضطر الإلكترون المجاور إلى أن يكون على الجانب الآخر من الذرة.
هنا ، بالطبع ، التأثير ليس من جانب واحد ، ولكن متبادل - كلاهما يؤثر الإلكترون الأول على الثاني ، والثاني يؤثر على الأول. ولكن الشيء الأكثر أهمية هو أنه سيتم جذب هاتين الذرات بنفس الطريقة التي تم بها جذب قطعتين من المعدن في البديل الثاني لترتيبهما المتبادل (مع نهايات تواجه بعضها البعض).
الجوهر هو نفسه: يتم الاحتفاظ الإلكترونات بعيدا عن بعضها البعض ، مما يسمح لجذب شحنات معاكسة لبعضها البعض. تخيل أن إلكترون إحدى الذرات كان بين نواة ذرتين متجاورتين ، بينما كان إلكترون الذرة المجاورة في الجهة المقابلة البعيدة من المدار:
الآن لدينا إلكترون سالب الشحنة تقع بين نواة ذرية موجبة الشحنة. تنجذب نواة كلتا الذرتين إلى هذا الإلكترون. وهكذا ، يربط الإلكترون حاليًا ذرتين.
المسافة بين نوى الذرات أكبر من المسافة بين كل من النواة والإلكترون الموجود بينهما. ونتذكر أن قوة تفاعل الشحنات تتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما. لذلك ، في الوقت الحالي ، قوة جذب النواة للإلكترون أكبر من التنافر المتبادل للنواة.
لكن الإلكترونات تتحرك باستمرار ، وبالتالي بعد فترة من الزمن يترك الإلكترون الأول المسافة بين النواة ، لكن الإلكترون الثاني يتحرك هناك. في هذه اللحظة ، ينتقل دور الموثق إلى إلكترون الذرة الثانية (اللحظة 3 في الشكل أدناه).
لاحظ أنه في النقاط الزمنية الموضحة في الشكلين 2 و 4 ، لا توجد إلكترونات بين نوى الذرات. في هذه اللحظات ، تتصدى النواة لبعضها البعض. لهذا السبب ، تختلف المسافة بين الذرات - تتغير باستمرار أثناء دوران الإلكترونات حول النواة ، ولكن يتم الحفاظ على متوسط طولها ، ويسمى طول الرابطة. طول الرابطة - المسافة بين نوى الذرات - فردي لكل زوج من أنواع الذرات مجتمعة في جزيء.
تحاول إلكترونات هاتين الذرتين في جزيء الهيدروجين المكوّن أن تكون متباعدة قدر الإمكان ، تمامًا كما فعلت في الأجزاء المعدنية. نتيجة لذلك ، يحدث التزامن الخاص بهم - موقعهم بالنسبة لبعضهم البعض في كل ثورة حول النواة هو نفسه تقريبا.
هذا يذكرنا إلى حد ما بالأداء الجماعي للفالس ، عندما تدور الأزواج بنفس السرعة بحيث لا تكون السيدات والسادة بجوار بعضهم البعض ، ولكنهم يتناوبون دائمًا:
هذه المقالة هي مقتطف من كتاب
"الكيمياء واضحة" .
عدم اليقين المقدس والاحتمال المقدستزعم نظرية الكم أنه من المستحيل تحديد المكان المحدد للإلكترون في الفضاء في نفس الوقت وزخمه (اتجاه وسرعة حركته). لذلك ، يُعتقد أنه يوجد حول نواة الذرة أماكن معينة (مناطق) تكون فيها احتمالية اكتشاف الإلكترون عالية. وتسمى هذه المناطق المدارات الإلكترونية.
ليس من الصعب شرح هذه النظرية في مثال للأسرة. لنفترض أنك تعيش في شقة بها غرفة نوم ومطبخ وحمام. إذا كنت تقضي 90٪ من الوقت في غرفة النوم ، و 8٪ من الوقت في المطبخ ، و 2٪ من الوقت في الحمام ، يمكن اعتبار مدلك غرفة النوم والمطبخ ، نظرًا لأن احتمال العثور عليك في الحمام منخفض جدًا. بعد 100 ملاحظة لك في نقاط مختلفة في الوقت المناسب ، من المرجح أن يجدك المراقب في 90 حالة في غرفة النوم ، وفي 8 حالات في المطبخ. وبهذه الأرقام ، سيصل إلى خاتمة حول مساحة موطنك.
الآن عن السبب في أنه من المستحيل تحديد مكان الإلكترون في الفضاء في وقت واحد وسرعته واتجاه الحركة. الأمر أسهل. والحقيقة هي أنه يمكن قياس السرعة فقط على
جزء معين
من المسافة المقطوعة. بقسمة طول هذا الجزء على الوقت الذي مر عليه ، يمكننا معرفة سرعة الحركة. لكن لا يمكننا اعتبار جزء من الفضاء هو موقع الجسم. الموقع هو الإحداثيات الدقيقة للجسم.
تخيل ذبابة تطير في غرفة مظلمة. من خلال إضاءة الغرفة بمصباح قصير جدًا ، يمكننا رؤية المكان الذي توجد فيه الذبابة حاليًا. ولكن لكي نفهم أين وبأي سرعة تطير ، سيتعين علينا تشغيل الضوء لفترة أطول. بعد ذلك سنرى تغييراً في موضع الذبابة بمرور الوقت وسنكون قادرين على تقدير سرعة هذا التغيير. لكن في هذه الحالة ، لم يعد بإمكاننا الإشارة إلى
المكان الدقيق الذي كانت فيه الذبابة أثناء قياس سرعتها ، حيث تحركت خلال هذه الفترة مسافة معينة. هذا هو بيت القصيد من مبدأ عدم اليقين.
تغير الإلكترونات التي تتحرك حول النواة الذرية بسرعة كبيرة من سرعة واتجاه الحركة ، لذلك من المستحيل تحديد مكان تواجدها بالضبط في وقت معين وأين تتحرك.
وفي النموذج الذي تمت مناقشته أعلاه ، تتحرك الإلكترونات مثل الأسهم في الساعة. وهذا لا يمكن إلا أن يسبب غضب الصالحين من أتباع عدم اليقين المقدس والاحتمال المقدس.
ومع ذلك ، فإن حقيقة أننا لا نستطيع أن نقول بالضبط أين يقع هذا الإلكترون أو ذاك ، وإلى أي من الذرات التي "ينتمي إليها" لا تغير على الإطلاق الآلية الكهروستاتيكية للارتباط الذري. من المستحيل ربط بروتونين بخلاف وضع إلكترون بينهما. لا يوجد احتمال أو عدم اليقين يمكن أن يربط الذرات بجزيء. ويوضح تماما أيون الهيدروجين الجزيئي H2 +. في هذا أيون لا يوجد أي مضاعفة للإلكترون ، ولا تعويض عن يدور الإلكترونات المقترنة ، ولا تداخل السحب الإلكترونية ، ومع ذلك ، فإن هذا الأيون موجود ومستقر.
بالإضافة إلى ذلك ، لا تنسَ أن هذا مجرد نموذج ، وأن قدراته "التوضيحية" محدودة ، وكذلك قدرات أي طرازات أخرى. على سبيل المثال ، (على ما يبدو) لا يفسر لماذا لا تستطيع ذرات الهيدروجين الانضمام إلى سلاسل طويلة مثل H3 ، H4 ، إلخ.
ومع ذلك ، يمكننا أن نفترض أنه نظرًا لحقيقة أن المدارات الإلكترونية الموجودة في جزيئات الهيدروجين قد تم نقلها إلى وسط الجزيء ، فإنها لا "تبرز" من نهاياتها ، وبالتالي فإن جزيئات الهيدروجين المجاورة غير قادرة على التشبث ببعضها باستخدام آلية التزامن الإلكتروني.