سلوك الإلكترونات في الذرة

1997 عجائب الضوء والمادة تجريباً وتأويلاً

KFAS

سلوك الإلكترونات الإلكترونات في الذرة الفيزياء

والآن أحب أن أتحدث إليكم عن الإلكترون في الذرة . ولفهم سلوك الإلكترونات في الذرات يجب أن أضيف لاعباً آخر هو النواة – الجسيم الثقيل في مركز الذرة والذي ينطوي على بروتون واحد على الأقل (إن البروتون ((علبة  بندورا)) سنتفحتها في المحاضرة القادمة).

ولن أعطيكم اليوم القوانين الصحيحة لسلوك النواة، فهي معقدة جداً. أما في الحال التي تهمنا، حيث تظل النواة هادئة غير مُثارة، يمكن، بعملية تقريبية، أن نشبِّه سلوك النواة بسلوك جسيم له سعة في الذهاب من نقطة لأخرى في الزمكان، سعة معطاة بالصيغة E (A إلى B) ، لكن للعدد n فيها قيمة أكبر بكثير.

ولما كانت النواة ثقيلة جدا بالنسبة للإلكترون نستطيع أن نعاملها، تقريباً، على افتراض أنها ساكنة عملياً، في مكان واحد، غير أنها متحركة بالنسبة للزمن.

تتألف أبسط الذرات، واسمها الهيدروجين، من بروتون وإلكترون. والإلكترون مجبر، بفعل تبادل فوتونات مع البروتون، على البقاء في جواره وهو يرتعش (شكل 65).

أود الآن أن أريكم بيان إلكترون في ذرة هيدروجين تنثر الضوء شكل (66)، ففي أثناء تبادل فوتونات بين الإلكترونات والنواة، يصل فوتون من خارج النواة، فيصدم الإلكترون فيمتصه، وبعد قليل يصدر فوتون جديد.

(ويوجد، كالعادة، إمكانيات أخرى، كأن يصدر الفوتون الجديد قبل امتصاص القادم). هذا وإن الذرات التي تحوي عدة بروتونات وما يقابلها من إلكترونات، تنثر الضوء أيضا (إن ذرات الهواء تنثر ضوء الشمس، وهذا هو السبب في زُرقة السماء) ، لكننا لو رغبنا في رسم البيانات من أجل هذه الذرات لاضطررنا إلى رسم خطوط، مستقيمة ومتموجة، عددها يولِّد القنوط!

لكن السعة الكلية، لكل الأساليب التي يمكن أن يسلكها الإلكترون في نثر الضوء، تُختصر في سهم واحد، أي بنسبة تصغير معينة وتدوير معين. (سنرمز، فيما بعد، لهذا السهم بـ ((S)) ) . وهذا المقدار يتعلق بالنواة وبتوزع  الإلكترونات حولها؛ فيتغير إذن بحسب المواد.