النموذج الميكانيكي الموجي للذرة الضوء وأثره في كشف البنية الذرية للعناصر

لاحظ العلماء أنه عند مرور شعاع من الضوء الأبيض العادي من خلال شق صغير ليسقط على منشور ثلاثي, أنه يخرج منه على شكل طيف متصل بلا إنقطاع على الرغم من اختلاف الوانه السبعة. يسمى الطيف الناتج باسم الطيف الكهرومغناطيسي, وهو طيف مرئي حيث تتراوح أطوال موجات الضوء فيه بين 3.8 – 7.5× 10^-7م, وهذه الأطوال الموجية هي التي يمكن للعين البشرية رؤيتها, إذا انقصت أو زادت عن هذه القيم أصبحت خارج مجال الرؤية. ونظراً لهذا المقدار اللامتناهي في الصغر في أطوال الموجات. فقد وجد العلماء أن من الأنسب قياسها بوحدة صغيرة هي النانوميتر وهي وحدة تساوي جزء من بليون من المتر أي بالأرقام 1 نانوميتر=10^-9م أو أن 1م = ⁹10نانوميتر, وعلى ذلك فإن أطوال موجات الضوء المرئي تتراوح بين 380- 750 نانوميتر.

 

 الطيف الذري

أثارت هذه الظاهرة اهتمام العلماء وعكفوا على دراستها وكان من المنطقي أن يعتقدوا أن سبب الإختلاف في أطياف العناصر( الأطياف الذرية ) الواحد منها عن الآخر مرده إلى تركيب ذراتها وتوزيع إلكتروناتها حول النواة. لقد كانت هذه هي البداية التي أدت إلى ظهور نظرية الكم التي أحدثت الثورة العلمية, والإلكترونية في نهاية القرن العشرين. وسيكون لها دور رئيس في تشكيل القرن الحادي والعشرين الحالي.

بدأ العلماء كما هو متوقع بدراسة الطيف الذري لغاز الهيدروجين لأن ذرته هي الأخف والأبسط من بين ذرات كل العناصر المعروفة. ولذلك فمن المتوقع أن يكون لها أبسط بنية وأبسط طيف.

تهيج الذرات, من المعلوم بأن طاقة وضع الإلكترون تتحدد ببعد المستوى الذي يحتله عن النواة, وتكون الذرة مستقرة إذا كانت إلكتروناتها موزعة بالترتيب على المدارات ذات المستوى  الأقل.

لنأخذ على سبيل المثال ذرة الهيدروجين ( وهي أبسط ذرة في العالم كما تعلمون ) المكونة من بروتون واحد وإلكترون واحد, إن الإلكترون في حالة الاستقرار يكون موجوداً في مستوى الطاقة الأول, ولكن إذا امتصت هذه الذرة طاقة تزداد طاقة وضع الإلكترون وينتقل إلى مستوى أعلى قد يكون الثاني أو الثالث أو الرابع... إلخ.

- ونسمي الذرة في هذه الحالة باسم الذرة المتهيجة. هذا ويجب أن نذكر أن الذرات قد تتهيج إجبارياً إذا سقط عليها ضوء, أو تأثرت بطاقة كهربائية أو غيرها من أشكال الطاقة, كما قد يهيجها العلماء لأغراض الدراسات والأبحاث التي تقود للاكتشافات والاختراعات. ومن الأمثلة المعروفة لك في هذا المجال ظاهرة الفسفرة التي تنتج عن عنصر الفوسفور عندما يتعرض لضوء عادي.

- تفسير الطيف الذري, عندما تتعرض ذرات العنصر وهو في الحالة الغازية إلى طاقة تؤدي إلى تهيجها, فإن الكتروناتها الخفيفة والسريعة تتأثر بهذه الطاقة وتنتقل إلى مستويات ذات طاقة أعلىأنظر الشكل أدناه . إن وضع الذرة المتهيجة هو وضع غير مستقر, وهو وضع محكوم عليه بعدم الاستمرار, لذلك تحاول الذرية أن تعود لوضعها الطبيعي أي أن الإلكترون( أو الألكترونات )