هندسه دوجيني و ساختار اتم
ابتدا بايد بدانيم كه مفهوم عبارات ( اصطلاحات ) زير در فيزيك
چيست
؟
1- طيف اتمي :
همانطور كه مي‌دانيم نيوتن با گذراندن نور
خورشيد از منشور ، طيف نور سفيد را تجزيه كرد . نيوتن نشان داد كه نور
سفيد آميزه‌اي از رنگهاي مختلف است . گستره طول موج اين رنگها از 0.4
ميكرون ( بنفش مريي ) تا 0.7 ميكرون ( قرمز مريي ) ميباشد . طيف نور سفيد يك طيف
پيوسته است . به همين ترتيب ميتوان طيف هر نوري را توسط پاشندگي در
منشور شناسايي كرد . طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصري را طيف اتمي آن
عنصر مي‌نامند . طيف اتمي عناصر مختلف با هم تفاوت دارد . اما علت
اينكه در طيف اتمي خطوط مختلفي ديده ميشود چيست ؟
تصوير فوق تجزيه نور سفيد را نشان ميدهد
2- خطوط طيفي :
طيف اتمي ، مستقيما به ترازهاي انرژي اتم نسبت
داده ميشود . هر خط طيفي متناظر يك گذار خاص بين دو تراز انرژي يك اتم
است . پس آنچه در طيف نمايي داراي اهميت است ، تعيين ترازهاي انرژي يك
اتم به كمك اندازه گيري طول موج‌هاي طيف خطي گسيل شده از اتمها است .
پايين‌ترين تراز انرژي ، حالت پايه است و همه ترازهاي بالاتر ، حالت‌هاي
برانگيخته ناميده ميشوند . طبق تعاريف فعلي موقعي كه يك اتم از حالت برانگيخته بالاتر
به يك حالت برانگيخته پايين‌تر گذر كند ، موج الكترومغناطيس ( يك طيف
نور حامل انرژي ) متناظر به يك خط طيفي گسيل ميشود . البته بعدا توضيح
خواهيم داد كه برعكس اين قضيه نيز صادق است يعني با جذب انرژي توسط
ترازهاي انرژي ، اتم به يك حالت برانگيخته بالاتر صعود و با دفع
انرژي به يك حالت پايين‌تر انرژي نزول ( گذر ) ميكند .
تصوير فوق طيف نشري خطي عنصر آهن را نشان ميدهد
3 - طيف نشري
اگر جسمي نور توليد كند و نور توليد شده را از
منشوري عبور دهيم ، طيفي به دست مي‌آيد كه طيف نشري ناميده ميشود .
اگر رنگهاي طيف حاصل به هم متصل باشند ، طيف نشري اتصالي و اگر بين
آنها فاصله‌اي باشد ، طيف نشري را انفصالي يا خطي مي‌نامند . به عنوان
مثال لامپ حاوي بخار يا گاز بسيار رقيق را در نظر بگيريد . اين لامپ به
صورت لوله باريك شيشه‌اي است كه درون آن يك گاز رقيق در فشار كم وجود
دارد . دو الكترود به نام‌هاي كاتد و آند در دو انتهاي لوله قرار دارند
. اگر بين اين دو الكترود ، ولتاژ بالايي برقرار شود ، اتم‌هاي گاز
درون لامپ شروع به گسيل نور مي‌كنند . اگر اين گاز مربوط به هليم باشد
، به رنگ زرد مايل به سبز روشن است كه اگر آن را از منشور بگذرانيم ، مي‌بينيم كه اين
طيف پيوسته نيست . بلكه تنها از چند خط رنگي جدا از هم با طول موج‌هاي
معين تشكيل شده است . يعني تصوير زير :
4- طيف جذبي
در سال 1814 فرانهوفر كشف كرد كه اگر به دقت طيف خورشيد
را برسي كنيم ، خط‌هاي تاريكي در طيف پيوسته آن مشاهده خواهيم
كرد . اين مطلب نشان ميدهد كه بعضي از طول موج‌ها در نوري كه از
خورشيد به زمين مي‌رسد ، وجود ندارد و به جاي آنها ، در طيف پيوسته نور
خورشيد خط‌هاي تاريك ( سياه ) ديده ميشود . اكنون مي‌دانيم كه گازهاي
عناصر موجود در جو خورشيد ، بعضي از طول موج‌هاي گسيل شده از خورشيد را
جذب مي‌كنند و نبود آنها در طيف پيوسته خورشيد به صورت خط‌هاي تاريك
ظاهر ميشود . در اواسط قرن نوزدهم معلوم شد كه اگر نور سفيد از داخل
بخار عنصري عبور كند و سپس طيف آن تشكيل شود ، در طيف حاصل خطوط تاريكي
ظاهر ميشود . اين خطوط توسط اتم‌هاي بخار جذب شده‌اند .
در واقع هم در طيف گسيلي و هم در طيف جذبي هر
عنصر ، طول موج‌هاي معيني وجود دارد كه از ويژگي‌هاي مشخصه آن عنصر است
. طيفهاي گسيلي و جذبي هيچ دو عنصري مثل هم نيست . اتم هر عنصر دقيقا
همان طول موج‌هايي را جذب ميكند كه اگر دماي آن به اندازه كافي بالا
رود و يا به‌هر صورت ديگر برانگيخته شود ، آنها را تابش ميكند .
اين طيفهاي جذبي و نشري همگي مربوط به ترازهاي
انرژي و يا بهتر است بگوييم به لايه‌ها و زير لايه‌هاي اتم عناصر مربوط
ميشود زيرا در هندسه فضايي همانگونه كه براي مشخص كردن
مكان يك شي در فضاي سه بعدي به سه پارامتر طول ، عرض و ارتفاع ( x y z
) نياز داريم ، براي مشخص كردن هريك از اوربيتالهاي يك اتم نيز به اين
چنين پارامترهايي نياز داريم . به اين منظور از سه عدد m1 , l ,
n استفاده شده است كه اينها به اعداد كوانتومي مشهورند .
n
عدد كوانتومي اصلي ناميده ميشود ، در مدل كوانتومي به جاي ترازهاي انرژي از واژه
لايه‌هاي الكتروني استفاده ميشود و n سطح انرژي آنها را معين ميكند . n=1
پايدارترين لايه الكتروني را نشان ميدهد و هر چه مقدار n بالاتر رود سطح
انرژي لايه الكتروني افزايش مي‌يابد ( يعني براي بالا بردن الكترونها در لايه‌ها
، مرحله به مرحله به انرژي بيشتري نياز داريم ) . اطراف هسته اتم
حداكثر هفت لايه الكتروني شناخته و شناسايي
شده است كه همگي منطبق با تناسبات موجود در مدارها و ميان مدارهاي رسم شده در شكل توسعه يافته
ستاره داوود مي‌باشند .
Autodesk DWF
format
Adobe Reader PDF format
نرم‌افزارهاي مورد نياز
البته ما بايد اين موضوع را همواره در نظر بگيريم كه
الكترونها در لايه‌ها و زير لايه‌ها ( داخل اتم ) نسبت به يكديگر جاذبه
و دافعه داشته و ميتواند وضعيت آنها كمي متفاوت با شكل ترسيمي فوق باشد .
ولي به هر حال ساختار كلي و پايه‌اي در اتمها ، همين تناسبات
موجود در رسم ستاره داوود توسعه يافته است .
شكل فوق طيف نشري خطي عنصر كربن را نشان ميدهد
با مقايسه طيف نشري خطي كربن با مدارها و ميان
مدارهاي شكل توسعه يافته ستاره داوود ، متوجه تشابه تناسبات موجود
ميشويم كه اين موضوع دال بر اين واقعيت است كه اتمها در ساختار فيزيكي
خود از شكل توسعه يافته ستاره داوود و تناسبات موجود در آن تبعيت
مي‌كنند . دليل اين موضوع چيست و چه ميتواند باشد ؟ در مطالب بعدي در
اين رابطه توضيح
خواهيم داد !
همانطور كه مي‌دانيم طبق
تعريف در يك اتم چند الكتروني ، بار منفي هر الكترون ، مقداري از بار
مثبت هسته آن اتم را خنثي كرده و از تاثير تمامي بار مثبت آن بر
الكترونهاي ديگر ، به ميزان معيني مي كاهد . عمل جلوگيري كردن
الكترونها از تاثير تمامي بار مثبت هسته بر الكترون مورد نظر در يك اتم
، اصطلاحاً اثر پوششي آن الكترونها ناميده مي شود . البته اين در صورتي
خواهد بود كه ما ميادين الكتريكي در داخل اتم را به صورت خطي ( مستقيم
) فرض كنيم . اينك اين سوال مطرح ميشود كه اگر اتمي يونيزه شود ، در
حالت اول اگر الكترون از دست بدهد ميبايست تعادل و موازنه الكتريكي در
اتم به هم خورده و ساير الكترونها به طرف هسته سقوط كنند كه در اين
مورد اينگونه مطرح ميشود كه با نزديك شدن الكترونها به هسته به سرعت
زاويه‌اي ( دوران آنها حول هسته ) افزوده شده و نيروي گريز از مركز
باعث ماندن الكترونها در مدار ميشود ، علي‌رغم اينكه اين نگرش يك ديد
كلاسيك به فيزيك هسته‌اي است برعكس اين اتفاق هم روي ميدهد ، يعني در
حالت دوم اگر اتم ، الكترون اضافي داشته باشد الكترونها از هسته دور
شده و ميبايست از سرعت زاويه‌اي خود بكاهند تا از اتم به طرف بيرون
پرتاب نشوند . ولي براي اين پديده ميتوان يك توجيه جديد و نو ارايه داد
يعني همانطور كه در مبحث ( وارونگي ميادين الكتريكي ، توجيهي جديد براي
توليد زوج ماده - پاد ماده . بر خلاف انتظار ما ، ماده - پاد ماده
يكديگر را نابود نمي‌كنند ) به آدرس
http://www.ki2100.com/physics/rotation-of-electrical-fields.htm
مطرح شد ذرات باردار همچنين هسته اتمها دوران ( اسپين ) دارند و با اين
اسپين آنها پديده دوران ميادين الكتريكي روي ميدهد ، يعني خطوط ميدان
الكتريكي از خط راست تبديل به دايره‌‌هاي بسته و نيمه باز ميشوند كه
ذرات الكتريكي با بار مخالف و سبك تر مجبورند در داخل اين ميادين انحنا
يافته تا بينهايت دوران داشته باشند و به بار مخالف هم نرسند . در اين
حالت نيروي گريز از مركز الكترونها مطرح نيست بلكه بجاي اينكه نيروي
الكتريكي مابين هسته و الكترونها آنهم به صورت خطي راست تعيين كننده
قطر اتم باشد ، نيروي دافعه الكتريكي مابين الكترونها و زوج الكترونها
در مدارهاي دايره‌اي شكل تعيين كننده قطر اتم خواهد بود . يعني دو
الكترون با هم پيوند داشته و تشكيل زوج داده و يك اوربيتال را تشكيل
مي‌دهند و روي مدارهاي پيرامون هسته ميچرخند . اينك اگر از تعداد آنها
كاسته شود نيروي دافعه مابين الكترونها و زوج الكترونها در مدارها
كاسته خواهد شد ، پس لايه‌ها و زير لايه‌ها به هسته نزديك خواهند شد و
برعكس اگر تعداد زوج الكترونها و الكترونها افرايش يابد دافعه الكتريكي
در مدارها افزايش يافته و مدارها از هسته فاصله مي‌گيرند و البته اين
در صورتي خواهد بود كه تعداد پروتونهاي هسته ثابت باشد . به هر حال علت
چرخش الكترونها پيرامون هسته ، به استناد قوانيني نيست كه مكانيك
كلاسيك و يا مكانيك كوانتوم مطرح ميكند و علت آن فقط ميتواند دوران
ميادين الكتريكي باشد . در دوران ميادين الكتريكي پيرامون هسته مناطقي
بوجود مي‌آيد كه بگونه‌اي خلاء الكتريكي در آنها حاكم شده است كه
الكترونها در آنها حضور نخواهند داشت و اين مسئله باعث پديدار شدن
لايه‌ها و زير لايه‌ها ميشود . با توجه به نظريه اثر پوششي الكترونها ،
لايه‌هاي بيروني‌تر اتم ميبايست فاصله بيشتري از يكديگر داشته باشند ،
در صورتي كه لايه‌هاي بيروني به يكديگر نزديكتر هستند و اين پديده را
شكل هندسي ستاره داوود توسعه يافته ميتواند توجيه كند ، براي اينكه
مدارهاي 1 و 2 و 3 همچنين مدارهاي 5 و 6 و 7 و 8 به هم نزديكند و تراكم
الكترونها در اين مناطق زيادتر از مكانهاي ديگر خواهد بود و اين مسئله
فعلا توجيه هندسي دارد ولي در آينده انشا الله پي به ماهيت و مفهوم اين
ترسيمات هندسي خواهيم برد ، به طور مثال اينها ميتوانند برآيند نيروهاي
ناشناخته‌اي براي ما باشند . چيزي كه فعلا به ما كمك خواهد كرد هندسه
است و ترسيمات آن ، چرا كه ستاره داوود توسعه يافته ميتواند ساختار
اتمها و ..... توجيه كرده و يا اينكه پيشگويي و نشان دهد .
محمدرضا طباطبايي
15/8/86
http://www.ki2100.com
