في القدم وحتى نهاية القرن التاسع عشر كان عدد المركبات الكيميائية المكتشفة قليلة. ولكن حينما بدأت أعداد المركبات الكيميائية تزداد بشكل كبير وحينما بدأ تحضير واكتشاف مركبات عضوية معقدة صارت الحاجة ملحة لوضع قواعد متفق عليها للتسمية، في ذلك الحن بدأ علماء الكيمياء بالبحث لطريقة بتسمية المركبات الكيميائية، وفي سنة 1892 عقد أول مؤتمر لمناقشة هذا الشأن، وأصدر حينها قواعد لتسمية المركبات الكيميائية، وقد حدثت مع مرور الزمن عدة تعديلات وتطويرات لتلك القواعد بعد ذلك وعلى فترات زمنية، وذلك لمواكبة الاكتشافات والتطورات التي حدثت في علم الكيمياء. والجهة المسؤولة عن ذلك هي الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية، وتعرف اختصارًا IUPAC وتقرأ: أيوباك، وهي اختصارًا من: (بالإنجليزية: International Union of Pure and Applied Chemistry).
الكيمياء في البيئة يشكّل علم الكيمياء صميم القضايا البيئية، إذ تعدّ الكيمياء البيئية دراسة متعددة التخصصات تشمل الكيمياء التحليلية وفهم العلوم البيئية المختلفة، والتي يتم من خلالها دراسة طبيعة المواد الكيميائية، والتفاعلات الكيميائية وتأثيرها المفيد أو الملوث على البيئة، وكيفية الحفاظ على البيئة وتنظيفها، والعمليات المنتجة التي يمكن عملها دون الإضرار بها، وعلى سبيل المثال تعدّ دراسة جودة المياه مجالاً مهماً جداً في الكيمياء البيئية، حيث لا توجد المياه النقية بصورة طبيعية، فهي تحتوي على مواد مذابة كبعض المعادن، لذا فإن علم الكيمياء يدرس خصائص الأكسجين المذاب، والعكارة، والملوحة، ودرجة الحموضة، والرواسب الموجودة في الأنهار والمحيطات وغيرها من المصادر المائية لمعرفة مدى قابلية هذه المياه للاستخدام البشري، وخلوها من الملوثات الضارة، ويمكن زيادة سلامة المياه بمعالجتها من خلال إضافة الكلور والفلورايد
تعرف الكهرسلبية بانها قدرة الذرة على جذب الإلكترونات التي تربطها بذرة أخرى في الجزيء و هي نصف حاصل جمع قيم الألفة الإلكترونية و طاقات التأين : و يمكن حسابها من خلال العلاقة التالية :
EA = ( IE + EA ) /2
حيث IE طاقة التأين و EA الألفة الإلكترونية و EA الكهرسلبية . و يقال عن العغنصر الذي يميل إلى اكتساب إلكترون بأنها كهرسالب بينما يسمى العنصر الذي يميل إلى فقد إلكترون بأنه كهرموجب . إن اول من حاول حساب الكهرسلبية هو العالم ميليكان و الذي اقترح بأنه الكهرسلبية تنناسب مع الوسط الحسابي لطاقة تالتأين و الألفة الإلكترونية و لسبب عدم توفر قيم الألفة الإلكترونية لعدد من العناصر فإن تلك الطريقة وجدت صعوبة في تطبيقها على عدد من العناصر . و في عام 1930 تمكن العالم لينس بولينج من معرفة الكهرسلبية لذرات العناصر مستخدما طريقة تقوم على حساب الفرق بين طاقات تفكك الروابط للجزيئات ثنائية الذرة ، و تعرف طاقة تفكك الرابطة بأنها الطاقة اللازمة لكسر الرابطة في مول واحد من جزيء ثنائي الذرة . و عند دراسة الكهرسلبية يلاحظ ما يلي :
1 – في المجموعة الواحدة تقل الكهرسلبية من اعلى لأسفل و هناك عدم انتظام لقيم الكهرسلبية للعناصر الإنتقالية .
2 – في الدورة الواحدة تزداد الكهرسلبية من اليسار إلى اليمين و ايضا عدم انتظام لقيم الكهرسلبية للعناصر الإنتقالية .
3 – قيم الكهرسلبية لعناصر الأكسجين و النيتروجين و الكبريت و الهالوجينات تكون أعلى ما يمكن .
4 – قيم الكهرسلبية للعناصر القلوزية و القلوية الترابية تكون ادنى ما يمكن .
5 – العناصر النبيلة ليس لها كهرسلبية .
نوع الرابطه
هناك نوعان من الروابط التساهمية؛ الروابطة التساهمية غير القطبية أو النقية، والروابط التساهمية القطبية. تحدث الروابط التساهمية غير القطبية عندما تتشارك الذرتان عددًا متساوٍ من الإلكترونات، وتقتصر هذه الخاصية فقط على الذرات المتشابهة تمامًا في النبض الكهربي، لكن هذا المصطلح امتد ليشمل تلك الذرات التي قد يصل فارق النبض الكهربي بينها إلى قيمة أقل من (0.4)، ولعل أبرز الأمثلة على ذلك النوع هو جزيء الهيدروجين (H2)، وجزيء النيتروجين (N2)، وجزيء غاز الميثان (CH4).كلما زاد فارق النبض الكهربي، اتجهت الإلكترونات المتشاركة في الرابطة تجاه نواة إحدى الذرتين أكثر من الأخرى، وإذا كان الفارق ينحصر بين (0.4 – 1.7)، فإن الرابطة تصبح قطبيةً، وإن زاد عن (1.7) تصبح أيونيةً.
أمثلة على الرابطة التساهمية.
هناك رابطة تساهمية بين ذرة الأكسجين وذرتي الهيدروجين في جزيء الماء (H2O)، كل رابطة منهما تحتوي على إلكترونين، واحد من ذرة الهيدروجين والآخر من ذرة الأكسجين.
تتشارك هاتان الذرتان الإلكترونين معًا؛ فجزيء الهيدروجين (H2)، يتكون من ذرتي هيدروجين ترتبطان سويًا بواسطة رابطة تساهمية، كل ذرة منهما تحتاج لإلكترونين لتحقيق الاستقرار في الغلاف الخارجي الإلكتروني. وينجذب هذان الإلكترونان للشحنة الموجبة لنواتي ذرتي الهيدروجين، ومن ثم ترتبط الذرتان معًا مُكونةً جزيء الهيدروجين
هي أحد فروع العلوم الطبيعية وتختص بدراسة التركيب الكيميائي لأجزاء الخلية في مختلف الكائنات الحية سواء كانت كائنات بسيطة مثل (البكتيريا، الفطرياتوالطحالب) أو معقدة كالإنسانوالحيوانوالنبات. ويوصف علم الكيمياء الحيوية أحياناً بأنه علم كيمياء الحياة وذلك نظراً لارتباط الكيمياء الحيوية بالحياة، فقد ركز العلماء في هذا المجال على البحث في التفاعلات الكيميائية داخل الكائنات الحية على اختلاف أنواعها عن طريق دراسة المكونات الخلوية لهذه الكائنات من حيث التراكيب الكيميائية لهذه المكونات ومناطق تواجدها ووظائفها الحيوية فضلا عن دراسة التفاعلات الحيوية المختلفة التي تحدث داخل هذه الخلايا الحية من حيث البناء والتكوين، أو من حيث الهدم وإنتاج الطاقة. والتي تساعد بشكل كبير في فهم أنسجةوأعضاء ووظائف الكائنات الحية.
وتعد الكيمياء الحيوية نقطة التقاطع بين علم الكيمياء وعلم الأحياء، ويوجد ثلاثة أقسام رئيسية لعلم الكيمياء الحيوية وهي: علم الأحياء البنيوي، علم الانزيمات، والأيض (علم عمليات البناء في الجسم). وعلى مدى العقود الأخيرة من القرن العشرين، نجحت الكيمياء الحيوية من خلال هذه التخصصات الثلاثة في شرح معظم العمليات الحيوية في الإنسان والحيوان والنبات. ويجري الكشف عن جميع مجالات علوم الحياة تقريبا وتطويرها من خلال منهجية وبحوث الكيميائية الحيوية.
ترتبط الكيمياء الحيوية ارتباطًا وثيقًا بعلم الأحياء الجزيئي، وهي دراسة الآليات الجزيئية التي بواسطتها يتم ترميز المعلومات الوراثية في الحمض النووي في العمليات الحيوية. واعتمادًا على التحديد الدقيق للمصطلحات المستخدمة، يمكن اعتبار البيولوجيا الجزيئية بمثابة فرع من الكيمياء الحيوية، أو الكيمياء الحيوية كأداة للتحقيق ودراسة البيولوجيا الجزيئية.
تتعامل الكيمياء الحيوية بشكل كبير مع التركيب والوظيفة والتداخلات بين مكونات الخلية والجزيئات الكبيرة مثل الدهونوالكربوهيدراتوالبروتيناتوالأحماض النووية وجزيئات حيوية أخرى. تكون بعض هذه الجزيئات كبيرة ومعقدة وتسمى البوليمرات الحيوية (biopolymers)، وهذه تتكون من وحدات متكررة متشابهة تسمى كل وحدة مونومر (Monomer). يحتوي كل جزيء من البوليمرات الحيوية على مجموعات مختلفة من الوحدات، مثلاً يعد البروتين بوليمر تتكون وحداته من مجموعة مختلفة من 20 حمض أميني أو أكثر. الكيمياء الحيوية تدرس الخصائص الكيميائية للجزيئات الحيوية الهامة مثل البروتينات وخصوصا التفاعلات التي تحفز عن طريق الإنزيمات. الكيمياء الحيوية المتعلقة بالعمليات الأيضية داخل الخلية والمتعلقة بجهاز الغدد الصماء تمت دراستها بشكل كبير. وهناك مجالات أخرى للكيمياء الحيوية تشمل المادة الوراثية (DNA ،RNA)، ونقل المواد من خلال غشاء الخلية، ونقل الإشارات. يتم باستخدام نتائج الكيمياء الحيوية في المقام الأول في الطب، والتغذية، والزراعة. في الطب، يدرس الكيميائيون الحيويون أسباب وعلاجالأمراض. وفي مجال التغذية، يدرسون كيفية الحفاظ على الصحة والعافية ودراسة آثار نقص التغذية (أو ما يُعرف بسوء التغذية). وفي مجال الزراعة، يتقصى علماء الكيمياء الحيوية التربةوالأسمدة، ويحاولون اكتشاف طرق لتحسين زراعة المحاصيل وتخزين المحاصيل ومكافحة الآفات.
تصنيف العناصر قامت العديد من المحاولات من أجل تصنيف العناصر في جداول لتسهيل دراستها، ومن ضمن هذه المحاولات محاولة برزيليوس الذي قسم العناصر إلى فلزات ولا فلزات، ومحاولة منديلف الذي ريتب العناصر ترتيباً تصاعدياً بحسب إعدادها الذرية، إضافة إلى الجدول الدوري الطويل الذي رتب العناصر بشكل يتفق مع مبدأ البناء التصاعدي، والذي يتم اعتماده حالياً في الدراسة والبحث.
الجدول الدوري يشتمل الجدول الدوري على سبع دورات أفقية، بحيث توجد ثماني مجموعات رأسية تُشكل عناصر المجموعة A، كما توجد عشر مجموعات رأسية تُشكل العناصر الانتقالية، وفي أسفل الجدول توجد مجموعة اللانثانيدات والأكتينيدات، وتُجزأ عناصر الجدول الدوري إلى أربع فئات هي عناصر الفئة S، وتكون في يسار الجدول، وعناصر الفئة p، وتكون في يمين الجدول، وعناصر الفئة d، وعناصر الفئة f.
أنواع العناصر
العناصر النبيلة: يُطلق عليها اسم الغازات الخاملة، وتنتمي إلى عناصر المجموعة “صفر”، ويُصنف تركيبها الإلكتروني الأخير np6 ns2 إضافة إلى الهيليوم s21 ، وتتميز مستويات الطاقة بها بالامتلاء. العناصر المثالية: وتتمثل في عناصر الفئة “S”، والفئة “p”، باستثناء الغازات الخاملة، وهي تمتاز بامتلاء كافة مستويات الطاقة باستثناء المستوى الأخير. العناصر الانتقالية الرئيسية: تتمثل في عناصر الفئة d، وتتميز بامتلاء كافة مستويات الطاقة باستثناء الأخيرين منها. العناصر الانتقالية الداخلية: تتمثل في عناصر الفئة f، وتتميز بامتلاء كافة مستوياتها باستثناء آخر ثلاثة مستويات. نصف قطر الذرة يندرج نصف قطر الذرة في الجدول في الأماكن الآتية: في الدورات الأفقية: هنا ينخفض نصف القطر كلما زاد العدد الذري؛ فكلما ازدادت شحنة النواة الموجبة ازدادت قوة جذب النواة لإلكترونات التكافؤ، مما يؤدي إلى تقليل قطر الذرة. في المجموعات الرأسية: هنا يتزايد نصف قطر الذرة كلما زاد العدد الذري. جهد التأين هو كمية الطاقة اللازمة من أجل فصل الإلكترونات القليلة الترابط بالذرة المفردة، وتكون في الحالة الغازية على شكل (X+ + è >—— طاقة تأين X)+(إلكترون) (أيون موجب) (ذرة)، كما يتم تعيين جهد التأين بواسطة القياسات الطيفية، وتُصنف هذه الخاصية في الجدول الدوري في الدورات الأفقية، وهنا ترتفع قيم جهد التأين بارتفاع العدد الذري، ويعود السبب في ذلك إلى انخفاض قطر الذرة، وارتفاع الشحنة الموجبة، مما يؤدي إلى ارتفاع قوى الجذب، كما تُصنف في المجموعات الرأسية، حيث ينخفض جهد التأين بارتفاع العدد الذري، ويعود السبب في ذلك إلى إلى ازدياد نصف قطر الذرة وذلك نتيجة لازدياد الأغلفة
بدأت الكيمياء كنظام خلال القرنين السادس عشر والثامن عشر في دراسة المواد الكيميائية الخاصة في مجال الصيدلية وهذه المواد تتكون من مركبات تتألف من عناصر كميائية لا تزيد عن 90 عنصرًا، ولكل منها عدد ذري مُختلف وهذا الاختلاف مثير جدًا للاهتمام فعلى سبيل المثال يتفاعل الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والسيزيوم مع الماء بقوة ويزداد تفاعلها مع زيادة أعدداها الذرية، وأدى هذا الاكتشاف إلى ترتيبها في جدول دوري في القرن التاسع عشر، ونظرًا لتعامل نظرية الكم أو ميكانيكا الكم مع الجزئيات والعناصر والذرات والمركبات وامتلاكها للعديد من المقاربات الرياضية لذلك فإنّها تعد الأساس لعلم الكيمياء، وفي هذا المقال بحث عن نظرية الكم والذرة.
نظرية الكم والذرة
بدايةً في بحث عن نظرية الكم والذرة توضيح دور الكيميائيون خلال القرن العشرين بدراسة تركيب الذرات واكتشفوا الإلكترونات في عام 1897م وحينها أظهر العالم طومسون وجود جزيئات أساسية موجودة في الذرات وبعد أربعة عشر عامًا اكتشف العالم رذرفورد أنّ معظم كتلة الذرة توجد في نواة صغيرة حيث يبلغ نصف قطرها 100000 مرة من كتلة الذرة، وفي غضون ذلك قام ماكس بلانك خلال الفترة ما بين 1858م إلى 1947م بوضع نظرية تنص على أنّ أشعة الضوء مصنوعة من فوتونات مكافئة لجزيئات حركة الموجة ونتجت عن هذه الاكتشافات مفاهيم جديدة، وعندما تم دمج هذه المفاهيم والاكتشافات والنظريات ظهرت أفكار جديدة وكانت النتيجة هي نظرية الكم وسميت بذلك من الطبيعة المنفصلة لمستويات الطاقة في النظم المجهرية وهذه النظرية تعطي تفسيرات جيدة لظواهر العالم الذري وشبه الذري، ويُذكر بأنّ الذرة هي أساس بناء الكون وتتكون من البروتونات والنيوترونات داخل النواة التي تحيط بها الإلكترونات المدارية.
وفي البحث عن نظرية الكم والذرة يمكن بدايًة توضيح نموذج بور لذرة الهيدروجين كأبسط مثال على الذرة الذي يعد أول نموذج غير تقليدي عن الذرة، حيث وضح هذا النموذج أنّ أطياف الانبعاث للعناصر المختلفة تحتوي على خطوط منفصلة وتظهر هذه الخطوط بأربعة أطوال موجية تنبعث من الضوء في المنطقة المرئية ومنها أطياف الانبعاث لذرة الهيدروجين على شكل خطوط تظهر في أربعة أطوال تبلغ: 410 و 434 و 486 و 656 نانومتر، وتشير أطياف الانبعاث الكمي إلى أنّ الإلكترونات ربما لا توجد إلا داخل الذرة عند بعض الأقطار والطاقات الذرية، ومن هذا النموذج استخلص العالم بور معادلة مستويات الطاقة المختلفة في ذرة الهيدروجين ونجح أيضًا هذه النموذج في التنبؤ أيضًا بمستويات الطاقة في الأنظمة الأخرى ذات الإلكترون الواحد كالهيليوم.[١]
ويُذكر في بحث عن نظرية الكم والذرة بُدأ اكتشاف ميكانيكا الكم كمجال للدراسة عندما أثبت الفيزيائيان ألبرت أينشتاين وماكس بلانك أنّ الضوء والمادة يمكنهما أنّ يتصرفا كجسيمات وموجات وضمن ذلك إذا كانت الجسيمات مثل الإلكترونات يمكن أن تتصرف كالموجات، فهذا يعني أنّها لا تملك موقعًا دقيقًا بالطريقة التي يمكن تخيلها بالنسبة للجسيم، وتوضح ميكانيكا الكم بأنّ لا يمكن معرفة بدقة كل من موقع وسرعة الإلكترون في نفس الوقت وهذا يعني بأنّ لا بد من تخيل الإلكترونات كأشياء مفردة تدور حول الذرة وبدلاً من ذلك يوجد احتمال العثور على إلكترون في موقع معين، وينتهي بشيء يسمى بسحابة الإلكترون والتي تُعرف بأنّها مساحة في الفضاء من المحتمل وجود فيها إلكترون، ويضاف في بحث عن نظرية الكم والذرة أنّ للجسيمات أرقامًا مُعينة تسمى أرقام الكم، والتي تشمل أرقام الكم الجسيمية المدارية وأرقام الكم المغناطيسية، وبُذكر بأنّ لا يوجد إلكترونان في الذرة يمكن أن يكون لهما نفس أرقام الكم.[٢]
وتُشير أرقام الكم في البحث عن نظرية الكم والذرة إلى مستوى الطاقة الذي يوجد فيه الإلكترون وفي نموذج بور تمثل هذه الأرقام إلى مدى بعد المدار عن النواة فيسمى المدار الأول ن=1 والثاني ن=2 وهكذا، وبالنسبة لرقم الكم المغناطيسي فهو مجرد رقم يمثل الاتجاه الذي يُشير إليه الإلكترون، وتشير الخاصية الميكانيكية الكمية إلى أنّ الإلكترونات تكون على شكل أزواج، وفي كل زوج يدور إلكترون واحد في اتجاه معين بينما يدور الإلكترون الآخر في الاتجاه الآخر المعاكس ولا يمكن أن يوجد إلكترونان لهما نفس اتجاه الدوران، وفي حالة وجود مواد تحتوي على إلكترونات غير زوجية من المرجح أنّ تكون هذه المواد مغناطيسية.
الرئيسية / علوم ، معلومات وخصائص علمية / بحث عن نظرية الكم والذرة بحث عن نظرية الكم والذرة بواسطة: اعتدال هارون – آخر تحديث: ١٤:٤٥ ، ٢٨ يوليو ٢٠١٩ ذات صلة من أبرز علماء الفيزياء ؟ ما هي الفوتونات مقدمة في نظرية الكم بدأت الكيمياء كنظام خلال القرنين السادس عشر والثامن عشر في دراسة المواد الكيميائية الخاصة في مجال الصيدلية وهذه المواد تتكون من مركبات تتألف من عناصر كميائية لا تزيد عن 90 عنصرًا، ولكل منها عدد ذري مُختلف وهذا الاختلاف مثير جدًا للاهتمام فعلى سبيل المثال يتفاعل الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم والسيزيوم مع الماء بقوة ويزداد تفاعلها مع زيادة أعدداها الذرية، وأدى هذا الاكتشاف إلى ترتيبها في جدول دوري في القرن التاسع عشر، ونظرًا لتعامل نظرية الكم أو ميكانيكا الكم مع الجزئيات والعناصر والذرات والمركبات وامتلاكها للعديد من المقاربات الرياضية لذلك فإنّها تعد الأساس لعلم الكيمياء، وفي هذا المقال بحث عن نظرية الكم والذرة. بحث عن نظرية الكم والذرة بدايةً في بحث عن نظرية الكم والذرة توضيح دور الكيميائيون خلال القرن العشرين بدراسة تركيب الذرات واكتشفوا الإلكترونات في عام 1897م وحينها أظهر العالم طومسون وجود جزيئات أساسية موجودة في الذرات وبعد أربعة عشر عامًا اكتشف العالم رذرفورد أنّ معظم كتلة الذرة توجد في نواة صغيرة حيث يبلغ نصف قطرها 100000 مرة من كتلة الذرة، وفي غضون ذلك قام ماكس بلانك خلال الفترة ما بين 1858م إلى 1947م بوضع نظرية تنص على أنّ أشعة الضوء مصنوعة من فوتونات مكافئة لجزيئات حركة الموجة ونتجت عن هذه الاكتشافات مفاهيم جديدة، وعندما تم دمج هذه المفاهيم والاكتشافات والنظريات ظهرت أفكار جديدة وكانت النتيجة هي نظرية الكم وسميت بذلك من الطبيعة المنفصلة لمستويات الطاقة في النظم المجهرية وهذه النظرية تعطي تفسيرات جيدة لظواهر العالم الذري وشبه الذري، ويُذكر بأنّ الذرة هي أساس بناء الكون وتتكون من البروتونات والنيوترونات داخل النواة التي تحيط بها الإلكترونات المدارية. وفي البحث عن نظرية الكم والذرة يمكن بدايًة توضيح نموذج بور لذرة الهيدروجين كأبسط مثال على الذرة الذي يعد أول نموذج غير تقليدي عن الذرة، حيث وضح هذا النموذج أنّ أطياف الانبعاث للعناصر المختلفة تحتوي على خطوط منفصلة وتظهر هذه الخطوط بأربعة أطوال موجية تنبعث من الضوء في المنطقة المرئية ومنها أطياف الانبعاث لذرة الهيدروجين على شكل خطوط تظهر في أربعة أطوال تبلغ: 410 و 434 و 486 و 656 نانومتر، وتشير أطياف الانبعاث الكمي إلى أنّ الإلكترونات ربما لا توجد إلا داخل الذرة عند بعض الأقطار والطاقات الذرية، ومن هذا النموذج استخلص العالم بور معادلة مستويات الطاقة المختلفة في ذرة الهيدروجين ونجح أيضًا هذه النموذج في التنبؤ أيضًا بمستويات الطاقة في الأنظمة الأخرى ذات الإلكترون الواحد كالهيليوم.[١] ويُذكر في بحث عن نظرية الكم والذرة بُدأ اكتشاف ميكانيكا الكم كمجال للدراسة عندما أثبت الفيزيائيان ألبرت أينشتاين وماكس بلانك أنّ الضوء والمادة يمكنهما أنّ يتصرفا كجسيمات وموجات وضمن ذلك إذا كانت الجسيمات مثل الإلكترونات يمكن أن تتصرف كالموجات، فهذا يعني أنّها لا تملك موقعًا دقيقًا بالطريقة التي يمكن تخيلها بالنسبة للجسيم، وتوضح ميكانيكا الكم بأنّ لا يمكن معرفة بدقة كل من موقع وسرعة الإلكترون في نفس الوقت وهذا يعني بأنّ لا بد من تخيل الإلكترونات كأشياء مفردة تدور حول الذرة وبدلاً من ذلك يوجد احتمال العثور على إلكترون في موقع معين، وينتهي بشيء يسمى بسحابة الإلكترون والتي تُعرف بأنّها مساحة في الفضاء من المحتمل وجود فيها إلكترون، ويضاف في بحث عن نظرية الكم والذرة أنّ للجسيمات أرقامًا مُعينة تسمى أرقام الكم، والتي تشمل أرقام الكم الجسيمية المدارية وأرقام الكم المغناطيسية، وبُذكر بأنّ لا يوجد إلكترونان في الذرة يمكن أن يكون لهما نفس أرقام الكم.[٢] وتُشير أرقام الكم في البحث عن نظرية الكم والذرة إلى مستوى الطاقة الذي يوجد فيه الإلكترون وفي نموذج بور تمثل هذه الأرقام إلى مدى بعد المدار عن النواة فيسمى المدار الأول ن=1 والثاني ن=2 وهكذا، وبالنسبة لرقم الكم المغناطيسي فهو مجرد رقم يمثل الاتجاه الذي يُشير إليه الإلكترون، وتشير الخاصية الميكانيكية الكمية إلى أنّ الإلكترونات تكون على شكل أزواج، وفي كل زوج يدور إلكترون واحد في اتجاه معين بينما يدور الإلكترون الآخر في الاتجاه الآخر المعاكس ولا يمكن أن يوجد إلكترونان لهما نفس اتجاه الدوران، وفي حالة وجود مواد تحتوي على إلكترونات غير زوجية من المرجح أنّ تكون هذه المواد مغناطيسية. ويمكن في البحث عن نظرية الكم والذرة ذكر تطور آخر لهذه النظرية قام به العلم الفيزيائي لويس دي بروي بناءً على عمل آينشتاين وبلانك كما ذُكر سابقًا حيث أظهر كيف يمكن للموجات الضوئية أنّ تظهر خواص تشبه الجسيمات، وافترض أنّ هذه الجسيمات يمكن امتلاكها خصائص تشبه الموجة، واشتق لويس معادلة توضح العلاقة بين كتلة الجسيم وطول الموجة المُقترنة به بالعلاقة: λ= ثابت بلانك/ كتلة الجسم*سرعة الجسم. حيث أنّ λ هي طول الموجة بوحدة المتر و ثابت بلانك بوحدة جول.ثانية وكتلة الجسيم بوحدة كغ وسرعة الجسم بوحدة متر/ثانية. ويعتبر النموذج الميكانيكي الكمومي للذرة أكثر تجريدًا وتعقيدًا إلا أنّ الصورة الأكثر دقة؛ لكيفية عمل الذرات ولهذا السبب يسمح بتنبؤات أفضل حول كيفية تصرف الجسيمات عند محاولة التفاعل معها، وتستخدم ميكانيكا الكم لإنشاء أجهزة تلفزيون بشاشات مسطحة وأجهزة استشعار للكاميرات وأجهزة الكمبيوتر لذلك فإن معرفة ميكانيكا الكم مفيد جدًا، ويعتبر هذا النموذج الذي اقترحه العالم إروين شرودنجر أساس الفهم الحديث للذرة.
يمكن يعريف تفاعلات الاتحاد أو الضم (بالإنجليزية: Synthesis) بأنّها عملية إنتاج مادّة من اتحاد موادّ مختلفة، حيث يتم تحويل المتفاعِلات إلى نواتج في عمليّة تسمّى التفاعل الكيميائي، فمثلاً عندما يتّحد عنصر الحديد (رمزه: Fe) مع عنصر الكبريت (رمزه: S) يتمّ إنتاج كبريتيد الحديد (رمزه: FeS)، ويمكن كتابة تلك المعادلة بالشكل الآتي:
(Fe(s) + S(s) → FeS(s، حيث تدلّ علامة الجمع على تفاعل الحديد مع الكبريت، ويدلّ السهم على إنتاج كبريتيد الحديد من هذا التفاعل، مع تعيين حالة الموادّ المتفاعلة والنواتج بأنّها صلبة (s) .
تفاعلاتالتحلّلأوالتفكك:
يعدّ التحلّل أو التفكّك (بالإنجليزية: Decomposition Reaction) من أنواع التفاعلات الكيميائية، ويُعرف بأنّه عملية تحلّل مركّب أحادي إلى موادّ بسيطة (مادّتين أو أكثر) عند تعرّضه لظروف معينة، وبذلك فهي عملية معاكسة لتفاعلات الاتحاد، فعلى سبيل المثال يتمّ هضم الطعام في جسم الإنسان عن طريق تفاعلات التحلل، إي تحويل الطعام إلى موادّ الغذاء الرئيسية مثل: الكربوهيدرات، والدهون، والبروتينات وما إلى ذلك، ويصاحب ذلك إطلاق كميات كبيرة من الطاقة التي تساعد على عمل الجسم .
تفاعلاتالإزاحة:
تسمّى تفاعلات الإزاحة (بالإنجليزية: Displacement) بتفاعلات الاستبدال، وتحدث عند تفاعل عنصر مع مركّب لإنتاج مركّب جديد وإطلاق عناصر مختلفة، فعلى سبيل المثال عندما يحدث تفاعل بين أكسيد السيليكون أو الرّمل (SiO2) مع الكربون (C) يتمّ إطلاق السيليكون (Si) وإنتاج أول أكسيد الكربون (CO)، حيث يدخل السيليكون بعد تنقيته في صناعة رقائق الكمبيوتر، حسب المعادلة الآتية:
(SiO2(s) + 2C(s) → Si(s) + 2CO(g .
التأكسدوالاختزال:
يعتبر تفاعل التأكسد والاختزال (بالإنجليزية: redox reaction) أو (oxidation-reduction) من أنواع التفاعلات الكيميائية، حيث يتضمّن نقل الإلكترونات بين مادّتين عند تغيّر رقم الأكسدة بين المتفاعِلات والمنتِجات، ومن الجدير بالذكر أنّ ذلك يحدث في كلّ مكان، فمثلاً في جسم الإنسان يتمّ تحوبل الطعام والأكسجين إلى طاقة وماء وثاني أكسيد الكربون الذي يُستخدم في عملية الزفير، ويحدث التأكسد والاختزال أيضاً في البطاريات.
اقترن مصطلحا الضوء والطاقة ببعضهما البعض؛ لأنَّ من أهم وأكبر مصادر الطَّاقة هو الضَّوء، ومن ضوء الشّمس تستمدُّ الكرة الأرضية وما يعيش عليها الطاقة من قديم الأزل إلى وقتنا الحاضر، كما أنَّ الضَّوء هو النُّور الذي تستحيل الحياة من دونه، ومن أجل فهمٍ أكثر عن ماهيَّة الضوء والطاقة يجب أنْ نُفصِّل كلّ واحدٍ منهما على حدة، ومن ثمَّ نستنتج العلاقة التي بينهما.
الضَّوء هو الطَّاقة
التي تكون على شكلِ إشعاعٍ كهرومغناطيسي يُمكن للإنسان رؤيته، وهذا التَّعريف بالنِّسبة للضَّوء المرئي؛ لأنَّ الأشعَّة الضوئية لا تنحصر فيما يراه الإنسان، بل إنّها تفوق ذلك؛ فالأشعَّة الضَّوئية المرئية تنحصر بين موجتين: الأولى هي الموجة الطويلة وتسمَّى بالأشعة تحت الحمراء التي طولها الموجي 700 نانوميتر، وأمّا الموجة الثانية هي الموجة فوق البنفسجية، والتي طولها الموجي 400 نانوميتر، وسرعة الضوء في الفراغ تصل إلى ما يقارب (300,000,000 كم/ث).
الطاقة
هي شيءٌ من صور الخَلق الربَّاني؛ فهي موجودة ولا نستطيع إنكارها، وهي لا تَفنى ولا تُستحدث؛ لأنها إمّا أنْ تَـنتُج من المادَّة، أو المادَّة تنتُج منها، كما أننا نرى مفعولها بعدَّة أشكال؛ كالطاقة الحرارية، والحركية، والإشعاعية، والكهربائية، وغيرها الكثير من الأمثلة على أشكال الطاقة من حولنا، كما أثبت العالم آينشتاين في سنة 1905م في نظريَّته النِّسبيَّة أنَّ المادة والطَّاقة وجهان لعملةٍ واحدة.
علاقة الضوء بالطاقة
نسمع دائماً بأنَّ الضَّوء مُكوَّن من فوتونات مُنطلقة في الفراغ، ويُمكن تعريف هذه الفوتونات بأنّها عبارة عن نوعٍ من أنواع الطّاقة الإشعاعية، وهي تنشأ عندما يَقفِز أحد الإلكترونات الموجودة في الذرة من مستوى أعلى إلى مستوى أقل، فيُصدر هذا الإلكترون طاقةً إشعاعيةً ذات موجةٍ معيَّنة، وهذه الموجة تكون على شكلِ هذه الفوتونات، ولكن كيف يمكن للإلكترون أن ينتقل من مستوىً لآخر؟ لا يحدث هذا إلا في حال إثارته وتعريضه لنوعٍ من أنواع الطاقة، كالحرارة مثلاً، وهنا تَكمُنُ العلاقة القوية بين الضَّوء والطَّاقة، وكما قُلنا في المقدِّمة، فإنهما متلازمان ولا يفترقان، ومن دونهما تستحيل الحياة على هذه الكرة الأرضية، فما هي العلاقة بينهما والتي نستخدمها في حياتنا؛ فعلاقة الضوء بالطاقة هي كالتالي:
1 – الشّكل البيولوجي: كما نعلم أنَّ الكائنات الحيَّة تَعتمد اعتماداً كبيراً على الضوء والطاقة؛ فمن غير الضوء لن تتوفّر الطاقة لدى النَّباتات كي تُتمِّمَ عملية التمثيل الضَّوئي، والتي توفر لها الطَّاقة اللازمة للاستمرار في حياتها، وكما نعرف فإن النبات سيموت إذا منعنا عنه الضَّوء، وكذلك الأمر بالنِّسبة لِباقي الحيوانات والإنسان، فلن يستطيعوا العيش من دون هذا الضَّوء اللازم لِتزويدهم بالطاقة في أجسادهم، وكذلك الرؤية التي يحتاجونها في كل نواحي حياتنا.
2-الشَّـكل الفيزيولوجي: كما قلنا سابقاً بالنِّسبة للنظرية النِّسبية لألبيرت آينشتاين والتي تقول إنَّ الطَّاقة والضَّوء وجهان لعملةٍ واحدةٍ، كما أنَّ الطَّاقة لا تفنى ولا تُستحدث، فإنّنا نَرى بأنَّ الضَّوء لا يُمكن خلقه من غير طاقة كالتي في مصابيح البيوت وغيرها من الأجهزة، فهي تنتُج من طاقةٍ حركيةٍ، أو حرارية، أو كيميائية، وكذلك الأمر إذا عكسنا الأدوار.
الطاقة تنتَج في بعض الأحيان من الضوء، كالتي نراها في الألواح الشمسية التي تُزوِّدنا بالطَّاقة الكهربائية من خلال ضوء الشمس السَّاقط على ألواحٍ زجاجيةٍ مُصنَّعةٍ بشكلٍ خاصٍ من خلايا قادرةٍ على تحويل هذا الضوء إلى طاقة.
نستنتج ممَّا سبق أنَّ كلّاً من الضَّوء والطَّاقة متلازمان دائماً مع بعضهما البعض ما دامت السماوات والأرض، وهذا قانونٌ لا يمكن بأيِّ حال من الأحوال تغييره، لأنّه وُجِدَ هكذا وسيبقى هكذا، وإلا لَأصبحت القوانين الفيزيائية والجيولوجية غير منطقية، ولا تصلح لأي عمل.
المول : هو وحدة قياس كمية المادة في الكيمياء. إذ أنها وحدة أساسية في النظام الدولي للوحدات، وهي واحدة من الوحدات القليلة المستخدمة لقياس كمية فيزيائية.
كيفيّة قياس عدد المولات :
يتم قياس كميّة مادة ما، من خلال إيجاد كتلتها، ثم تقسيم الكتلة على الكتلة الموليّة للمادة (وهي كميات محسوبة موجودة في الجدول الدوري لجميع العناصر)، وبعلاقة رياضيّة، فإن n=m/M، بحيث:n هي كميّة المادة. m هي كتلة المادة. M هي الكتلة الموليّة.
مثال (١) : احسب كتلة المول من كربونات الصودیوم (Na2CO3)، علماً بأن الكتلة الذريّة (Na=23، وC=12، وO=16) الحل: الكتلة الجزیئیة (المول) من (Na2CO3)=(مجموع كتل ذرات العناصر)=(2*23+1*12+3*16)=106 غرامات.
مثال (2): ما وزن نصف مول من الماء، علماً بأن الكتلة الذريّة (O=16، وH=1) الحل: وزن الماء بالغرام=عدد المولات*وزن مول واحد=0.5*((1*16)+(2*1))=0.5*18=9 غرامات.
التردد: يعرف التردد على أنه عدد تذبذبات الموجة لكل وحدة زمنية ويقاس بالهرتز(Hz)، ويمكن للبشر سماع الأصوات التي تتراوح تردداتها بين 20 إلى 20 ألف هرتز وتعرف الأصوات ذات الترددات الموافقة لمدى الأذن البشرية بالموجات فوق الصوتية وتعرف الأصوات ذات الترددات الأقل من النطاق المسموع باسم الصوت تحت الصوتي .
الطول الموجي: وهو المسافة التي تفصل بين الوحدات الموجية المتماثلة المتشابهة ويعني أنه المسافة التي تفصل بين الأطوار المتشابهة قمة مع قمة أو قاع مع قاع.
العلاقة بينهما:
يرتبط التردد مع الطول الموجي بعلاقة عكسية؛ أي إنه كلما زاد طول الموجة ينخفض التردد نظرًا لأن تردد الفوتون أو الموجة الكهرومغناطيسية يتناسب طرديًا مع طاقة الفوتون أو الموجة، فكلما زاد تردد الفوتون أو الموجة زادت طاقة الفوتون أو الموجة، ولهذا السبب فإن الضوء الأزرق صاحب الطول الموجي الأقل في الطيف المرئي يكون أكثر نشاطًا من الضوء الأحمر صاحب أطول طول موجي، وتعرف العلاقة بيت التردد الذي هو عدد قمم الموجة التي تمر في نقطة معينة في مدة زمنية معينة وطول الموجة للموجات الكهرومغناطيسية بواسطة الصيغة (c = λ f)، والرمز (c) هو سرعة الضوء أما (λ) فهو الطول الموجي بالأمتار أما (f) فهو يساوي التردد في الدورة لكل ثانية من الزمن، وعلى سبيل المثال فإن أعلى طاقة لطول موجي اكتشفتها عين الإنسان عامة تحدد من خلال العلاقة التي ذكرناها (c = λ f ) ونجد التردد من خلال (f = c / λ) ويصبح التردد يساوي (التردد = سرعة الضوء وهي (3*10^8) على الطول الموجي وهو (3.8*10^(-7) ) والنتيجة هي 7.9*10^14 هرتز لتردد الموجة .
كيمياء ٢ 