شكلهاي اوربيتالي

نیروهای جاذبه و دافعه پس از تشکیل پیوند میان دو اتم

فلش زير شبيه سازي بسيار جالبي در مورد بررسي تغييرات نيروهاي بين دواتم وهمچنين تغييرات انرژي پتانسيل بر حسب فاصله بين دو اتم باشد.

(در نوار پایین، قسمت  Potential energyو Force-distance راتيكدار كنيد وسپس با

آزمایش محاسبه بار به جرم الکترون

الکترون هاچون دارای بار منفی هستند در حال حرکت یک جریان الکتریکی به وجود می آورند.  میدان مغناطیسی وجریان الکتریکی تاثیر متقابلا بریکدیگر می گذارند. حال اگر یک الکترون با بار e وجرم m با سرعت vوارد یک میدان مغناطیسی گردد. در جهتی عمود برجهت میدان مغناطیسی ودریک مسیر منحنی باشعاع r حرکت می کند  ودربرخورد با صفحه مقابل به نقطه a برخورد می کند. به این طریق می توان شعاع r را بااندازه گیری فاصله دونقطه aوb بدست آورد.

نیروی مغناطیسی وارد به الکترون برابر HeV خواهد بود .  که H شدت میدان مغناطیسی و  e  وV  بار و سرعت حرکت الکترون است . شتاب الکترون برروی منحنی به شعاع r  برابر

  V² / r     خواهد بود .  درنتیجه خواهیم داشت .  

                      HeV  = mV²/ r         ویا ←         (e/m = V / Hr  )

اگر الکترون ( اشعه کاتدی ) را  فقط  از  میدان الکتریکی عبور دهیم  . الکترون ها که دارای بار منفی هستند  درمیدان الکتریکی مسیر سهمی شکلی می پیمایند وبه سمت قطب مثبت منحرف می شوند.بنابراین  در نقطه c  با صفحه مقابل برخورد می کنند. نیروی میدان الکتریکی برابر   Ee  خواهد بود . (E شدت میدان الکتریکی  می باشد. ) .

 با این توضیحات حال اگر الکترون یعنی همان اشعه کاتدی را هم زمان تحت تاثیر میدان مغناطیسی و میدان الکتریکی عمود برهم قرار دهیم به طوری که نیروی میدان الکتریکی را ثابت اختیار نموده ونیروی میدان مغناطیسی را آن قدر تغییر دهیم تا اثر یکدیگر را خنثی نمایند یعنی اشعه کاتدی به  نقطه b برخورد نماید دراین حالت نیروی میدان مغناطیسی والکتریکی با هم برابر خواهد شد .

به عبارتی         HeV=  Ee با ساده نمودن این رابطه نتیجه می شود  . V = E/H  به جای V دررابطه بالا مقدارقرار می دهیم درنتیجه 

  e/m = E/H²r

 که دراین رابطه  E را که به دلخواه وثابت قرارداده بودیم . r و H  قابل اندازه گیری هستند . پس مقدار  e/m  اندازه گیری می شود .

انیمیشنی از انرژی فعال سازی

برای مشاهده مقدار آن اینجا را اینجا کنید.

انیمیشن ترکیبات یونی

۱- شبکه مکعبی ساده

۲- شبکه مرکز پر

۳- شبکه مکعبی بسته

پرتوافشانی موادرادیواکتیو

روند تغییرات شعاع اتمی

طیف اتم هیدروژن

        تئوری بور ولايه های الکترونی

الکترون های يک اتم با جذب انرژی از يک قوس الکتريکی يا جرقه الکتريکی ، به تراز های انرژی بالاتر می جهند و به اصطلاح برانگيخته می شوند .هنگامی که اين الکترون به مدار پايين تر بر می گردد ،مقدارمعينی انرژی متناسب با تفاوت انرژی دو مدار منتشر می کند. که اين انرژی تابشی و فرکانس مشخصی داشته و خط طيفی معينی توليد می کند .هرچه انتقال الکترون به لايه درونی ترباشد، انرژی بيشتر و طول موج کوتاهتری خواهد داشت.

چون اتم های مختلف از لحاظ حجم ،بارهسته، تعداد الکترون ها وغيره با هم تفاوت دارند خطوط طيفی هر عنصر منحصر به آن عنصر است(مانند اثر انگشت ) .

طبق فرضيه پلانک انتشار نور به صورت پيوسته نيست و بورنشان داد که تفاوت انرژی مدارها با انرژی جذب شده به هنگام برانگيخته شدن اتم برابر می باشد .فرضيه بور اين بود که الکترونهای  موجود در يک اتم فقط انرژی را به صورت  تعداد صحيحی از فوتونها (کوانتوم) جذب يا نشرکنند.

برای درک بيشتر اين مطلب و ديدن طيف اتم هيدروژن دراینجا کليک کنيد.

علت رسانائی الکتریکی اتمها از دید ترازهای انرژی

دو اتم هنگامی که کاملا از یکدیگر جدا شوند، بطوری که هیچگونه برهمکنش توابع موج وجود نداشته باشد، می‌توانند دارای ساختاری مشابه ساختار الکترونی باشند. با کوچک شدن فاصله بین دو اتم ، توابع موج الکترونی شروع به همپوشانی می‌کنند. بنا به اصل طرد پائولی در یک سیستم با برهمکنش معین هیچ دو الکترونی نمی‌توانند دارای حالت کوانتومی یکسان باشند. پس باید ترازهای انرژی مجزا از اتم‌های منفرد به ترازهای جدید متعلق به هر دو اتم و نه یکی آنها تقسیم شوند.

جایگاه الکترون در اتم

الکترونها در جامدات به انرژیهای معینی محدود شده و مجاز به قرار گرفتن در انرژیهای دیگر نیستند. تفاوت اساسی بین الکترون در یک جامد با الکترون در یک اتم جدا شده ، این است که در جامد الکترون دارای یک گستره یا تراز از انرژی‌های قابل دسترس است. زیرا در جامد توابع موج الکترونی اتم‌های همسایه همپوشانی داشته و یک الکترون در یک اتم خاص قرار ندارد. طبیعتا این تاثیر بر انرژی پتانسیل و شرایط مرزی در معادله موج اثر می‌گذارد و سبب می‌شود، انرژیهای مختلفی بدست آورده و دو نوع تراز انرژی به نام تراز ظرفیت و هدایت داشته باشیم، که توسط انرژی شکاف یا باند همسویی از یکدیگر جدا شده‌اند.

نوار انرژی شبکه اتمی

در شبکه اتمی هر الکترون می‌تواند فقط در سطوح انرژی باشد، و در ناحیه ممنوعه (ناحیه‌ای که ما بین تراز ظرفیت و تراز هدایت است) هیچ الکترونی یافت نمی‌شود. یونیزاسیون مکانیسمی است که در آن الکترون می‌تواند پس از کسب انرژی کافی ، از اتم خود جدا شده و در تراز هدایت به الکترونهای آزاد بپیوندد.

نوارهای

نوارهای انرژی نیم رسانا

انرژی عایق

در مواد عایق گاف انرژی بین نوار ظرفیت و نوار هدایت حدود 5 الکترون ولت یا بیشتر است، و این شکاف عظیم قادر خواهد بود به میزان قابل توجهی از حضور الکترون در تراز هدایت ، در دمای اتاق جلوگیری کند.

نوارهای انرژی نیم‌ رسانا

در اجسام نیم رسانا شکاف انرژی برای سیلسیوم 1.1 الکترون ولت و برای ژرمانیوم 0.67 الکترون ولت می‌باشد، یعنی یک الکترون و نوار ظرفیت قادر خواهد بود با کسب این مقدار انرژی باند ظرفیت را ترک نموده ، با طی نمودن گاف انرژی خود را به تراز هدایت یا رسانش رسانده و به عنوان الکترون آزاد برای برقراری جریان الکتریکی موثر باشد.

گاف انرژی در رسانا

نوارهای انرژی رسانا

برای اجسام رسانا بین تراز ظرفیت و تراز هدایت شکافی وجود ندارد، و این ترازها روی هم منطبق شده و دارای باند مشترک می‌باشند. یعنی یک رسانا حتی در صفر درجه کلوین نیز دارای الکترون در باند هدایت است. بنابراین در دمای اتاق تعداد الکترونهای آزاد برای برقراری جریان یا حرکت بارها بیش از حد مورد نیاز موجود می‌باشد.

مدل کلاغی

امروز می خواهم به یک شیوه  تدریس در مورد روند تغییرات شعاع اتمی دریک گروه و دوره تناوبی اشاره کنم که توسط خانم نسرین رئوف ارائه می شود .این روش به مدل کلاغی موسوم است.

بدین صورت که سر کلاغ اتم بوده و نوک مثلثی آن حاکی از تغییرات شعاع اتم در یک دوره تناوبی است.حال اگر تنه آن را بصورت مثلثی دیگر فرض کنیم از سر به پائین تغییرات شعاع اتم در یک گروه رامشاهده خواهیم کرد.یعنی از چپ به راست (بصورت نیمرخ)شعاع کاهش و از بالا به پائین شعاع افزایش می یابد.