الذرة



https://drive.google.com/file/d/0B5zxZ0A1AI-XSHBCN1Q3Yjh6NlE/view

هذا المقال جزء من كتيب الذرة وأنصاف النواقل (16 صفحة)

ما هي الذرة ؟
تتكون جميع المواد التي نلمسها من حولنا من أجزاء متناهية في الصغر يظل كل منها يحتفظ بالخصائص الأساسية للمادة تدعى جزيئات (Molecules) يتكون كل منها من أجزاء أصغر تشكل الوحدة الصغرى في البناء المادي تدعى الذرات (Atoms) وتعرف الذرة بأنها أصغر جزء من المادة غير قابل للإنقسام حيث أنها بعد تقسيمها تتحول إلى ذرات لمواد أخرى وإلى طاقة. 

تركيب الذرة
رغم أن الذرة هي أصغر وحدة بناء للمادة إلا أنها هي الأخرى تتكون من وحدات بناء أصغر منها تمتلك نفس الخصائص في جميع المواد وتتكون الذرة أساسا من النواة (Nucleus) التي تحوي بداخلها البروتونات (Protons) ذات الشحنة الموجبة والنيوترونات (Neutrons) المتعادلة الشحنة ويحيط بالنواة فراغ كبير تسبح فيه جزيئات صغيرة جدا ذات شحنة سالبة تسمى الإلكترونات (Electrons) وعمليا يمكن إعتبار كتلة النيوترونات والبروتونات متساوية في حين أن كتلة الإلكترونات أصغر منهما بكثير. والشكل أدناه يبين البناء الذري.

تركيب الذرة

المدارات الإلكترونية
تتوزع الإلكترونات حول النواة في مدارات متتابعة تختلف في مستويات الطاقة حيث يملك الإلكترون مقدارا مختلفا من الطاقة في كل مستوى ويتزايد هذا المقدار كلما ابتعد مستوى المدار عن النواة أنظر الشكل أدناه الذي يببن على سبيل المثال التوزيع الإلكتروني لذرات مادة الجرمانيوم (Ge) حيث يمكن تخيل هذه المستويات وكأنها مجموعة من الدوائر متحدة المركز في النواة ومختلفة الأقطار، ويمكن حساب عدد الإلكترونات في كل مدار من المعادلة:
حيث تشكل (Ne) عدد الإلكترونات في المستوى وتشكل (n) ترتيب المستوى وعليه يكون توزيع الإلكترونات في مدارات ذرة الجرمانيوم كما هو موضح بالشكل.
Ge = 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2 3D10 4P2

وسنركز اهتمامنا على المستويين الأخيرين من مستويات الطاقة في الذرة واللذان يسميان بمدار التوصيل (Conduction Orbit) ومدار التكافؤ (Valence Orbit). لاحظ عدم وجود اختلاف في المقصد بين كلمتي مدار (Orbit) ومستوى (Band) حيث يشير كلاهما إلى المستوى الذي يبتعد به الإلكترون عن النواة على سلم مستويات الطاقة ويوضح الشكل أدناه التوزيع السلمي لمستويات الطاقة.

ويقوم الإلكترون بالانتقال من مستوى إلى مستوى آخر أعلى منه عند إكتسابه قدرا معينا من الطاقة مخلفا وراءه ما يدعى بالثقب (Hole) الذي يكتسب شحنة موجبة كما أنه قد يهبط إلى مستوى آخر أدنى منه في حالة فقدانه قدرا آخر من الطاقة حيث يسقط في أحد الثقوب الوجودة بهذا المستوى وتدعى هذه العملية (Recombination) ويسمى الإلكترون الصاعد والثقب المتخلف عنه بزوج الثقب والإلكترون (Hole – Electron pair) ويهمنا هنا بشكل أساسي انتقال الإلكترون ما بين مستوى التكافؤ ومستوى التوصيل حيث أن انتقال الإلكترون بين هذين المستويين هو الذي يؤدي إلى عملية التوصيل الكهربائي في المادة كما سنتبين ذلك لاحقا..
ولو نظرنا إلى ترتيب الذرات في البلورة (Crystal) التي تشكلها ذرات المواد لوجدنا أن هذه الذرات ترتبط مع بعضها بما يسمى الرابطة التساهمية المشتركة حيث تشترك ذرتين في إلكترون من إلكترونات مدار التكافؤ لتكمل كل منها عدد الإلكترونات اللازم توافره في هذا المدار حتى تكتسب الذرة وضع الإستقرار ويبين الشكلين أدناه هذه الروابط وما يحدث عند حدوث استثارة لأحد إلكترونات مدار التكافؤ بإكسابه قدرا من الطاقة يكفيه لكسر هذه الرابطة والهروب إلى مستوى التوصيل حيث يسمى حينئذ بالإلكترون الشارد. ويجب أن ألفت نظرك عزيزي القاريء إلى أن الإلكترونات الموجودة في مستوى التكافؤ تكون مرتبطة بالنواة وتدور حولها في حين أن الإلكترونات التي تسبح في مدار التوصيل هي إلكترونات هائمة في الفراغ الموجود بين الذرات.


الذرة الذرة Reviewed by Ammar Moussa on 6:59 ص Rating: 5