الدرس الأول: نظرية بور لذرة الهيدروجين
الثانوي - الصف العاشر
١. مقدمة ونتاجات التعلم
الضوء هو المصدر الرئيس للمعلومات عن بنية الذرة. في أواخر القرن التاسع عشر، لاحظ العلماء انبعاث الضوء من العناصر عند تسخينها، وقد استند نيلز بور إلى هذه الدراسات في بناء نموذجه الذري.
في هذا الدرس ستتعلم:
- توضيح المقصود بالطيف الكهرومغناطيسي.
- توضيح أهم فروض نظرية بور.
- حساب طاقة المستويات وتغيرات الطاقة في ذرة الهيدروجين.
٢. الطيف الكهرومغناطيسي وطبيعة الضوء
ينتشر الضوء في الفراغ بسرعة ثابتة على شكل أمواج، ويمكن وصفها بطول الموجة (λ) والتردد (ν).
الطيف المرئي (Visible)
الضوء الذي نراه بالعين المجردة (ألوان قوس المطر). يتراوح طوله الموجي بين 350 - 800 نانومتر.
الطيف غير المرئي (Invisible)
يشمل أطوالاً موجية لا تراها العين، مثل الأشعة تحت الحمراء، الراديو (طويلة)، والأشعة فوق البنفسجية، والسينية (قصيرة).
محاكاة الطيف الكهرومغناطيسي
محاكاة تحليل الضوء الأبيض (المنشور)
عندما يمر الضوء الأبيض خلال المنشور، ينكسر كل لون بزاوية مختلفة.
القوانين الأساسية للضوء (بلانك وأينشتاين):
طاقة الفوتون
العلاقة بين التردد والطول الموجي
محاكاة العلاقة بين الطول الموجي والتردد والطاقة
٣. الطيف الذري (Atomic Spectrum)
عند تسخين العناصر، تصدر ضوءاً يعطي "طيفاً خطياً" مميزاً لكل عنصر.
محاكاة الطيف الذري (الانبعاث الخطي)
تطبيق حياتي: صائد الحشرات
تنجذب الحشرات للأشعة فوق البنفسجية، لذا تستخدم المصابيح التي تبعث هذا الطيف في أجهزة صيد البعوض.
️ تجربة عملية: اختبار اللهب
التمييز بين العناصر من خلال لون اللهب.
٤. فروض نظرية بور (1913)
1. مستويات الطاقة (Energy Levels):
يدور الإلكترون في مدارات دائرية محددة ذات طاقة ثابتة، ويرمز لها بالرقم n.
2. انتقال الإلكترون (Quantum Jump):
- لا يشع الإلكترون طاقة طالما بقي في مداره.
- الامتصاص: ينتقل لمستوى أعلى عند اكتساب طاقة.
- الانبعاث: يطلق فوتوناً عند العودة لمستوى أدنى.
محاكاة نموذج بور والتغيرات في الطاقة
لوحة التحكم
بيانات الانتقال
٥. سلاسل طيف الهيدروجين
مخطط مستويات الطاقة
٦. أمثلة حسابية محلولة
تقويم الدرس
س1: ما الفرق بين الطيف المتصل والطيف الخطي؟
المتصل يحتوي على كل الأطوال الموجية، أما الخطي فيتكون من خطوط منفصلة.
س2: احسب طاقة فوتون من n=5 إلى n=2.
ΔE = 2.18×10⁻¹⁸ (1/4 - 1/25) = 4.58×10⁻¹⁹ J
س3: لماذا فشل نموذج رذرفورد؟
لأنه حسب الفيزياء الكلاسيكية، يجب أن يفقد الإلكترون طاقته ويسقط في النواة.
ملخص شامل
- ماكس بلانك (1900): الطاقة مكممة (E=hν).
- بور (1913): الإلكترون في مستويات طاقة محددة.
- الطيف الذري: بصمة العنصر.
- القيود: نجحت مع الهيدروجين فقط.