نماذج ذرة الهيدروجين – الضوء والأطياف
الكيمياءبنية الذرة والجدول الدوري15–16 سنة
جارٍ التحميل…
سجّل الدخول للتشغيلأطلق فوتونات (ضوءًا أبيض أو طولًا موجيًا واحدًا تختاره) على ذرة هيدروجين: يعرض تبويب «التجربة» الطيف المقيس لذرة حقيقية مخبأة في صندوق مغلق، بينما تعرض التبويبات الستة الأخرى تنبؤات نماذج كرة البلياردو وكعكة الزبيب والنظام الشمسي الكلاسيكي وبور ودي بروي والنموذج الكمي. يسجّل مطياف الأطوال الموجية للفوتونات المنبعثة، ويبيّن مخطط مستويات الطاقة Eₙ = −13.6/n² eV لماذا لا يعطي طيفًا خطيًا يطابق التجربة إلا نموذج بور والنماذج التي تلته. مقتبسة من محاكاة "Models of the Hydrogen Atom" من PhET Interactive Simulations، University of Colorado Boulder (CC BY 4.0)؛ وأعيدت كتابتها.
الدرس: بنية الذرة – مستويات طاقة الإلكترون والأطياف الذرية
ماذا تعرض
لكل نموذج ذري تنبؤ مختلف عما يحدث حين يسقط الضوء على ذرة هيدروجين، والطيف المقيس هو الحكم بينها. نموذج كرة البلياردو لا يمتص الضوء أبدًا، ونموذج كعكة الزبيب يستجيب لطول موجي واحد فقط، ونموذج النظام الشمسي الكلاسيكي يشع باستمرار حتى ينهار. أما نموذج بور فيسمح بمستويات طاقة محددة Eₙ = −13.6/n² eV، فلا تمتص الذرة أو تبعث إلا فوتونات تساوي طاقتها الفرق بين مستويين، فينتج طيف خطي كمتسلسلتي ليمان وبالمر. ويفسر نموذج دي بروي سبب هذه المستويات بموجات موقوفة، ويستبدل النموذج الكمي المدارات بسحابة احتمالية.
طريقة الاستخدام
ابدأ بتبويب «التجربة»، واختر «ضوء أبيض» من «مصدر الضوء»، واضغط «ابدأ»، وفعّل «مطياف» لتسجّل الأطوال الموجية المنبعثة. انتقل بين تبويبات النماذج وقارن طيف كل نموذج بطيف التجربة. اختر «أحادي اللون» وغيّر الطول الموجي، أو استخدم أزرار Lyman-α وHα و«تأيين»، وفعّل «مخطط الطاقة» لترى قفزات الإلكترون. اضغط «إعادة الضبط» لمسح الطيف.
المعاملات القابلة للتغيير
- النموذج الذري التجربة (صندوق مغلق), كرة البلياردو, كعكة الزبيب, النظام الشمسي الكلاسيكي, بور, دي بروي, الكمي
- مصدر الضوء ضوء أبيض, أحادي اللون
- الطول الموجي للضوء الأحادي 90–1000 nm
- إظهار المطياف
- إظهار مخطط مستويات الطاقة
أسئلة للاستكشاف
- لماذا لا يستطيع نموذج النظام الشمسي الكلاسيكي تفسير ثبات الذرة؟
- عند أي طول موجي يبعث الإلكترون فوتونًا حين يهبط من n = 3 إلى n = 2، وما لونه؟
- لماذا يمر فوتون طوله الموجي 500 nm عبر ذرة هيدروجين في الحالة الأرضية دون أن يُمتص؟
