مدلی جدید برای اتم
باتوجه‌به مباحث:
وارونگی میادین الکتریکی، توجیهی جدید برای تولید زوج الکترون -
پوزیترون، بر خلاف انتظار ما، ماده - پادماده یکدیگر را نابود نمی‌کنند
اصل تبادل انرژی کوانتومی توسط لایه‌ها و زیر لایه‌ها در اتم‌ها،
فاجعه فرابنفش چیست؟ قانون تابش کوانتومی یک‌چهارم - سه‌چهارم
نگرش کلاسیک:
۱- اصل اول:
تمامی الکترون‌های یک اتم با سرعت خطی ثابت و در نتیجه جرم
و بار الکتریکی ثابت در روی مدارهای مختص خود، پیرامون هسته منفرد
اتم در حال چرخش هستند.
v = سرعت الکترون‌های یک اتم
۲- اصل دوم: یک دور چرخش ۳۶۰ درجه‌ای الکترون برانگیخته
به‌دور هسته اتم منفرد، یک کوانتوم پایین (h ثابت پلانک) انرژی
تولید می‌کند که انرژی کل کوانتوم الکترومغناطیس با سرعت زاویه‌ای
الکترون (تعداد چرخش‌های انجام شده توسط الکترون در یک ثانیه...)
رابطه مستقیم داشته و از رابطه زیر به دست می‌آید.
E انرژی کوانتومی فوتون یا همان تابش الکترومغناطیس گسسته
(فوتون رشته‌ای)، h ثابت پلانک، f بَسامد تابش، ħ اچ بار یعنی
توزیع انرژی ثابت پلانک روی مدار (محیط دایره ۲π) و ω سرعت
زاویه‌ای الکترون است.
۳- اصل سوم: نیروی جانب مرکز (گریزازمرکز) الکترون‌ها با
شعاع مدارها رابطه عکس دارد. برای اینکه نیروی جانب مرکز یا
گریزازمرکز از رابطه زیر به دست می‌آید:
F نیروی جانب مرکز، r
شعاع مدار و me جرم الکترون‌های
یک اتم. که سرعت خطی و جرم الکترون‌های یک اتم روی مدارها ثابت
است. این نیرو هنگام خروج الکترون‌ها پدیدار و اعمال می‌شود. به
طور مثال اگر شعاع مدار دوبرابر شود، نیروی جانب مرکز یا
گریزازمرکز نصف خواهد شد و همچنین:
سرعت زاویه‌ای الکترون‌ها با شعاع مدارها نیز رابطه عکس
خواهد داشت. به طور مثال اگر شعاع مدار دوبرابر شود مسلماً
محیط‌مدار دوبرابر شده و چون سرعت خطی همواره ثابت است، پس‌سرعت
زاویه‌ای نیز نصف و در نتیجه انرژی مدار یا کوانتوم انرژی گسیلی
(تابشی) توسط مدار نیز نصف خواهد شد و این با نیروی جانب مرکز یا
گریزازمرکز نصف شده الکترون همخوانی دارد. یعنی اگر شعاع مدار
دوبرابر شود، سرعت زاویه‌ای الکترون نصف، بَسامد تابش و انرژی مدار
نصف و نیروی جانب مرکز الکترون نیز نصف خواهد شد. دلیل و استدلال
ارائه این مطلب مبحث
دو توجیه جدید
برای پدیده فتوالکتریک است. یعنی همان‌طور که گفته شد در پدیده
فتوالکتریک کوانتوم‌های نور مستقیماً با الکترون‌های آزاد سطح فلز
بر همکنش ندارند، بلکه انرژی خود را در مدارها یا ترازهای اتم
تخلیه کرده و باعث می‌شوند که الکترون‌ها، مدار یا تراز برانگیخته
را ترک کرده و شتاب بگیرند و یا اینکه انرژی جنبشی و تکانه خود را
به الکترون‌های آزاد سطح فلز منتقل کنند. به طور خلاصه اگر بَسامد
طیف فرودی دوبرابر شود، علی‌رغم دوبرابر شدن انرژی کوانتوم
الکترومغناطیس، ولتاژ مدار نیز دوبرابر خواهد شد و برعکس و این
مبحث ارائه شده با مبحث دو توجیه جدید برای پدیده فتوالکتریک
کاملاً همخوانی دارد و ما می‌توانیم به ماهیت کوانتومی اتم‌ها پی
ببریم. چنین به نظر می‌رسد که برتری و تفاوت این مدل به سایر
مدل‌های اتمی این است که سرعت زاویه‌ای الکترون‌ها همواره با
بَسامد امواج الکترومغناطیس جذبی و یا نشری رابطه مستقیمی دارد:
همان‌طور که می‌دانیم قبلاً جهت توجیه ساختار اتم، مدل سیاره‌ای مطرح
شده بود. یعنی نیروی گریزازمرکز الکترون به علت چرخش به‌دور هسته درست
معادل نیروی جاذبه الکتریکی هسته و الکترون است که این دونیرو یکدیگر
را خنثی کرده و در نتیجه الکترون در مدار خود می‌ماند . ولی علت اصلی
می‌تواند دوران میدان الکتریکی هسته باشد:
برای پیداکردن رابطه انرژی پتانسیل گرانشی می‌توان از راهکار زیر
استفاده کرد:
E انرژی، F نیرو، d و r فاصله دو جرم، M و m جرم دو جسم، a
شتاب و g شتاب گرانشی، G ثابت جهانی گرانش و U انرژی یا همان انرژی
گرانشی است. همان‌طور که مشخص است انرژی پتانسیل گرانشی با جرم دو
جسم رابطه مستقیم و بافاصله دو جسم رابطه عکس دارد و G ثابت تناسب
است و همان‌طور که در مباحث قبلی گفته شد بیانگر این موضوع است که
انرژی امواج گرانشی در روی صفحه پخش و توسعه می‌یابد؛ یعنی محیط
دایره که اگر حجمی بود با مربع فاصله دو جسم رابطه عکس داشت؛ یعنی
همان سطح کره. چون میدان گرانشی و میدان الکتریکی خواص مشابهی
دارند و نیروی جاذبه و یا دافعه مابین دو بار الکتریکی از رابطه
زیر به دست می‌آید:
F
نیروی جاذبه یا دافعه مابین دو بار الکتریکی، K ثابت الکتریکی، q۱ و q۲
دو بار الکتریکی همنام و یا غیر همنام و r فاصله مابین آن دو است. پس
انرژی الکتریکی مابین دو ذره باردار به روش زیر به دست می‌آید:
بیانگر این موضوع است که انرژی پتانسیل الکتریکی در اتم‌ها، در
محیط‌مدارها (ترازهای انرژی) پخش و توسعه می‌یابد و نه در سطح کره. چون
انرژی پتانسیل الکتریکی با بارهای الکتریکی رابطه مستقیم ولی بافاصله
آنها (شعاع مدارها، لایه‌ها و زیر لایه‌ها) رابطه عکس دارد. یعنی با
دوبرابر شدن شعاع یا محیط‌مدار، انرژی پتانسیل الکتریکی نصف خواهد شد.
البته این مدارها همواره مکانی جهت توزیع انرژی مدنظر گرفته می‌شوند نه
مکانی جهت حضور الکترون‌ها و چرخش آنها، چون الکترون‌ها می‌توانند در
سطح یا حجم کره حرکت، چرخش، انتقال و حضور داشته باشند. اینک شعاع
استاندارد مدار انرژی مربوط به طیف قرمز مربی را محاسبه می‌کنیم:
و شعاع محاسبه شده درست به نظر
می‌رسد. چون طبق
بیشتر تعاریف، شعاع اتمی بین ۳۰ تا ۳۰۰ پیکو متر (۰/۳ تا ۳ آنگستروم
10-^10*3) است. این بدین معنی است که شعاع اتم بیش از ۱۰ هزار برابر
بزرگ‌تر از هسته اتم (۱ تا ۱۰ فمتومتر) و ۱۰۰۰ برابر کوچک‌تر از
طول‌موج نور مرئی (۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر) است.
هسته اتم اسپین دارد و البته بار الکتریکی مثبت و به همین دلیل خطوط
میدان الکتریکی دایره‌وار و به‌صورت حلقه می‌شوند و الکترون‌ها در این
مسیرهای بی‌نهایت ولی بسته شروع به حرکت می‌کنند و طبق مدل جدیدی که در
این مبحث داده شد، سرعت حرکت تمامی الکترون‌ها در مدارهای اتم ثابت است
و ربطی به نزدیکی و یا دوری از هسته (شعاع مدار) ندارد. البته چنین به
نظر می‌رسد که انرژی الکترون در مدار حل و پخش می‌شود و ما ذره مادی
نداشته باشیم و فقط در زمان خروج الکترون از مدار، ذره مادی به نام
الکترون آشکار و شناسایی می‌شود. در واقع هسته همانند یک شتاب‌دهنده پر
قدرت به الکترون شتاب می‌دهد و الکترون به بیشینه سرعت خود رسیده و از
ذره به موج الکترومغناطیس تغییر ماهیت می‌دهد البته به‌صورت انرژی و
پتانسیل ذخیره شده در اوربیتال. شاید در نهایت این پدیده در
شتاب‌دهنده‌ها مشاهده شود.
مسلماً طبق شکل فوق الکترون در مدار رفتار ذره گون ندارد بلکه رفتار
موجی و انرژی مانند از خود نشان می‌دهد.
با
نگرش کلاسیک سرعت الکترون روی مدارهای اتمی ۷ هزارم سرعت نور به دست
می‌آید.
به
طور مثال اتم هیدروژن در حالت برانگیخته فاقد الکترون بوده و یونیزه و
پلاسما است البته با بار مثبت هسته:
ولی
در ۵ تراز انرژی تابش دارد و برعکس در حالت غیر برانگیخته و اتمی توان
جذب تابش در ۵ تراز انرژی دارد درحالی‌که فقط یک الکترون دارد. پس جذب
و تابش پرتو یا انرژی توسط ترازهای انرژی صورت می‌گیرد. یعنی نباید
هسته اتم هیدروژن را با خود ذره پروتون اشتباه گرفت.
محمدرضا طباطبايي 13/1/88
http://www.ki2100.com
