المحتويات
لماذا يدور الإلكترون حول النواة في مدار ثابت؟
يكثر البحث لدى الطلاب والطالبات في المراحل المتقدمة من دراستهم عن اجابة لسؤال “لماذا يدور الإلكترون حول النواة في مدار ثابت؟” بعد ان تكون قد تكونت لديهم صورة أكثر شمولية عن مفاهيم الفيزياء وقوانينه، وهذا السؤال المطروح واحد من تلك الاسئلة والاستفسارات ، فما هو السبب في أن الإلكترون يدور حول النواة في مدار ثابت ؟
تقول نظرية رذرفورد عن تركيب الذرة، التي تعود إلى عام 1911: إن الذرة تشبه في تركيبها المجموعة الشمسية. فهي تتكون من نواة في المركز (مثل الشمس) تدور حولها الالكترونات (مثل الكواكب) تحت تأثير قوتين متساويتين ومتضادتي الاتجاه : القوة الكهرومغناطيسية التي تجذب الالكترونات باتجاه النواة وقوة “الطرد المركزي” (الناتجة عن سرعة دوران الالكترونات حول النواة) والتي تعمل على إبعادها عن النواة مما يؤدي إلى دورانها بشكل دائري حول النواة. إلا أن، نقطة ضعف هذا النموذج تكمن في عدم استقرار سرعة الالكترونات، مما يمكن أن يؤدي، في حالة تباطؤ الالكترونات إلى سقوطها في النواة. بالتالي فنموذج رذرفورد ليس كافيا لشرح التركيب الحقيقي للذرة لكونه يعتمد على الفيزياء الكلاسيكية فقط ولا يأخذ بعين الاعتبار باقي الظواهر الكمومية لأن سرعة وطاقة ومدارات الالكترونات تعتبر خصائص كمومية.
سنة 1913 اقترح العالم الفيزيائي نيلس بور نموذجا جديدا للذرة حيث قال بأن الالكترونات تدور حسب مدارات دائرية ذات طاقات كمية منفصلة، بمعنى آخر، أن كل مدار يميز مستوى طاقة محددة. لكن، الحديث هنا عن المدارات (مسار الالكترون) يقتضي معرفة موضع الالكترون عند كل لحظة وهو أمر مستحيل تماما، إذ يمكن فقط تحديد الحيز من الفراغ الذي يمكن أن يوجد فيه الإلكترون حول ذرة مفردة في مستوى طاقي معينة، وهو ما يسمى بالسحابة الالكترونية الذي اقترحه العالم أرفين شرودينغر سنة 1926.
علل : لماذا يدور الإلكترون حول النواة في مدار ثابت؟
اذا كان الالكترون يدور حول النواة في مسار دائري فانه ايضا سوف يشع طاقة باستمرار. لكن الذرة نفسها لا تشع طاقة بشكل مستمر! لذلك فان الالكترونات لا تدور حول النواة. إذا ما الذي يحدث؟
بدلا من التعامل مع الالكترون كجسيم دعنا نتعامل معه على انه موجة، اي انه يتصرف مثل الأمواج وهذه الامواج لها اشكال مدارية تعرف بالرموز s وp وd وf.
الالكترونات ليست كرات صغيرة تدور حول هذه المدارات، بل ان الالكترونات تسكن هذه المدارات وتغطي كامل الشكل المداري في نفس اللحظة بالكامل مثل غاز يملأ بالون. قد يبدو هذا الأمر غريبا لكن هذا ما جعل ميكانيكا الكم صعبة الفهم والتوقع – ليس لدينا نماذج بسيطة من واقع حياتنا لنتخيل ما يحدث على المستوى الذري.
هل يدور الإلكترون حول النواة في مدار ثابت وما السبب ؟
إذا السؤال كيف يمكن للإلكترون الاستمرار في الدوران حول النواة ليس دقيقا لان الالكترونات لا تدور حول النواة كما يدور القمر حول الأرض. ان الالكترونات تتواجد حول النواة في صورة موجة وتنتشر على كامل المدار حول النواة طوال الوقت ويتواجد الإلكترون في كل مكان على نفس المدار في نفس اللحظة!
تتخذ السحابة الالكترونية شكلا وحيزا معينين حسب مستوى الطاقة للالكترون (الصورة أسفله)، بالنسبة لمستوى الطاقة الأول (الذي تكون المدارات فيه قريبة للنواة) يكون شكلها كرويا مركزه النواة. عندما يكون الالكترون في هذا المستوى من الطاقة يمكن له أن يوجد في أي حيز من هذه الكرة بما في ذلك النواة.
بالتالي، فالالكترونات لا تدور حسب مدارات دائرية أو اهليجية حول النواة كما يعتقده البعض لأنه يَستحيل معرفة موضعها، إنما يمكن فقط حساب احتمالية تواجد الالكترون في حيز ما حول النواة. لذلك، إذا كان من المستحيل أن يتقاطع مسار الالكترون مع النواة، فمن المحتمل جدا أن يتواجد الإلكترون داخل النواة وهو احتمال قائم. بخلاصة، لا يمكن للالكترونات أن تصطدم بالنواة لأنها معتادة على العبور من خلالها !!