الضوء وطاقة الكم - الكيمياء2-1 - ثاني ثانوي

وزارة التعليم Ministr of Education 2024-1446 الإلكترونات في الذرات Electrons in Atoms الفصل 21 العامة الإلكترونات ذرات كل الفكرة عنصر ترتيب خاص. 2-1 الضوء وطاقة الكم الفكرة الرئيسة للضوء - وهو نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي - طبيعة ثنائية موجية وجسيمية. 2-2- نظرية الكم والذرة الفكرة الرئيسة تساعدك الخصائص الموجية للإلكترونات على الربط بين طيف الانبعاث الذري وطاقة الذرة ومستويات الطاقة. 3- التوزيع الإلكتروني الفكرة (الرئيسة يُحدد التوزيع الإلكتروني في الذرة من خلال ثلاث قواعد. حقائق كيميائية يستخدم العلماء طيف الامتصاص النجمي لتعرف العناصر التي تتركب منها النجوم وتصنيفه ضمن أحد أنواع الطيف العديدة. ترتبط خواص طيف الامتصاص النجمي مع درجة حرارة سطح النجم. كشف الطيف النجمي أن النجوم تتكون من العناصر الموجودة على الأرض نفسها. . يوجد 600 خط معتم تقريبا في طيف الامتصاص الشمسي. طيف الامتصاص لنجم منكب الجوزاء طيف الامتصاص لنجم رجل الجبار أو الصياد 66

نشاطات تمهيدية تجربة استهلالية كيف تعرف ما بداخل الذرة؟ إذا أُهدي إليك هدية في علبة بمناسبة نجاحك، وحاولت أن تتوقع الهدية دون فتحها. فإنّ ما قمت به يشبه ما قام به الكيميائيون الأوائل لتحديد تركيب الذرة. خطوات العمل 1. اقرأ تعليمات السلامة في المختبر. 2. احصل على صندوق مغلف من المعلم. 3. حاول أن تعرف ما بداخل الصندوق بكل طريقة ممكنة، دون إزالة الغلاف عن الصندوق أو فتحه. 4. سجل ملاحظاتك خلال عملية الاستكشاف هذه. تحليل النتائج 1. صف كيف تمكنت من تحديد صفات الجسم الموجود داخل الصندوق، ومنها حجمه وشكله ومكوناته؟ 2. حدد الحواس التي استخدمتها في ملاحظاتك. 3 ناقش لماذا يصعب تحديد نوع الجسم الموجود داخل الصندوق دون فتحه؟ استقصاء بعد قراءتك لهذا الفصل، صمّم استقصاء آخر يوضح الصعوبات المرتبطة مع دراسة مكونات الذرة. المطويات التوزيع الإلكتروني منظمات الأفكار اعمل مطوية تساعدك على تلخيص القواعد الثلاث التي تحدد ترتيب الإلكترونات في الذرة. خطوة 1 اثن ورقة عند منتصفها طوليا، على أن تكون الحافة الخلفية أطول من الحافة الأمامية cm 2 تقريبًا. خطوة 2 اطو الورقة لتشكل ثلاثة أجزاء متساوية. خطوة 3 افتح الورقة على أن تعود إلى الوضع السابق، ثم قصّ الجزء الأمامي عند موضع الثني لكي تحصل على 3 أجزاء. خطوة 4 عنون الأجزاء الثلاثة على النحو الآتي: مبدأ أو فباو مبدأ مبدأ باولي، قاعدة أوفباو هوند. التوزيع الإلكتروني مبدأ باولي المطويات استخدم هذه المطوية في القسم ، ولخص كل قاعدة تحت التبويب المناسب لها في أثناء قراءتك لهذا القسم. قاعدة هوند 67 وااقف عليم Ministry of Education 2024-1446

2-1 رابط الدرس الرقمي الأهداف الضوء وطاقة الكم تقارن بين الطبيعة الموجية Light and Quantized Energy والجسيمية للضوء. www.ien.edu.sa 1 تعرف طاقة الكم، وتفسر الفكرة الرئيسة للضوء - وهو نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي - طبيعة ثنائية : كيفية ارتباطها مع تغير طاقة موجية وجسيمية المادة. ) تقارن بين الطيف الكهرومغناطيسي المستمر الربط مع الحياة هل قمت يومًا بتسخين وجبة طعام بارد في الميكروويف؟ عندما تصل موجات الميكروويف إلى الطعام تقوم حزم صغيرةٌ من الطاقة بتسخينه في وقت قصير. الذرة والأسئلة التي تحتاج إلى إجابات وطيف الانبعاث الذري. مراجعة المفردات مادة مشعة. The Atom and Unanswered Questions بعد اكتشاف الجسيمات الثلاثة المكوّنة للذرة مع بداية القرن التاسع عشر، واصل العلماء الإشعاع : هو الأشعة أو الجسيمات جهودهم لفهم تركيب الذرة وتوزيع الإلكترونات داخلها. - ومنها جسيمات ألفا، وجسيمات اقترح رذرفورد أن شحنة نواة الذرة موجبة، وأن كتلة الذرة متركزة في النواة المحاطة بإلكترونا بيتا، وأشعة جاما - المنبعثة عن سريعة الحركة. غير أن هذا النموذج لم يوضح كيفية ترتيب الإلكترونات في الفراغ حول النواة، ولم يوضح أيضًا سبب عدم انجذاب الإلكترونات السالبة الشحنة إلى النواة الموجبة الشحنة. كما أن هذا النموذج لم يمكن العلماء من تفسير الاختلاف والتشابه في السلوك الكيميائي للعناصر المختلفة. فعلى سبيل المثال، توجد عناصر الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم في دورات مختلفة من الجدول الدوري، ومع ذلك فخواصها الكيميائية متشابهة؛ فهي تظهر في صورة فلزات في الطبيعة، وتتفاعل ذراتها بشدة مع الماء مطلقة غاز الهيدروجين ولكنها تختلف في شدة تفاعلها، حيث يتفاعل كل من الصوديوم والبوتاسيوم بشدة مع الماء، كما في الشكل ، حتى أن غاز الهيدروجين قد يشتعل عندئذ أو ينفجر. المفردات الجديدة الإشعاع الكهرومغناطيسي الطول الموجي التردد سعة الموجة سرعة الموجة الطيف الكهرومغناطيسي الكم ثابت بلانك التأثير الكهروضوئي الفوتون طيف الانبعاث الذري - في أوائل القرن التاسع عشر بدأ العلماء كشف لغز السلوك الكيميائي؛ إذ لاحظوا انبعاث ضوء مرئي من عناصر معينة عند تسخينها بواسطة اللهب. وأظهر تحليل هذا الضوء المنبعث ارتباط سلوك العنصر الكيميائي بتوزيع الإلكترونات في ذراته ولفهم هذه العلاقة وطبيعة البناء الذري، سيكون من المفيد أولا فهم طبيعة الضوء. الشكل 1-2 للعناصر المختلفة تفاعلات متشابهة في الماء، لكنها تختلف في شدة التفاعل. 68 ليثيوم صوديوم بوتاسيوم زيادة شدة التفاعل وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

الطبيعة الموجية للضوء The Wave Nature of Light يُعد الضوء المرئي نوعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسي، وهو شكل من أشكال الطاقة الذي يسلك السلوك الموجي في أثناء انتقاله في الفضاء. ومن الأمثلة الأخرى للإشعاع الكهرومغناطيسي الميكروويف الذي يستخدم في طهي الطعام، والأشعة السينية التي يستخدمها الأطباء لفحص العظام والأسنان، والموجات التي تحمل برامج المذياع والتلفاز إلى المنازل. خصائص الموجات يمكن أن توصف الموجات جميعها بخصائص عدة، قد يكون بعضها مألوفًا لك. فعند رميك حجرًا في بركة ماء مثلا تتكون موجات دائرية مركزها الحجر الذي رميته تشبه تلك التي تظهر في الشكل 2-2 الطول الموجي هو أقصر مسافة بين قمتين متتاليتين أو قاعين متتاليين، كما هو موضح في الشكل 26-2. ويرمز له بالرمز اليوناني لمدا(Lambda، ويقاس بالأمتار أو السنتمترات أو النانومترات (1nm=1×10-m). التردّد هو عدد الموجات التي تعبر نقطة محددة خلال ثانية، ويرمز له بالرمز ؛ ويقاس التردد بالهرتز Hz؛ وهو وحدة قياس عالمية تساوي موجة واحدة في الثانية. وفي الحسابات، يعبر عن التردد بوحدة موجة لكل ثانية ( 1 ) ( 1 ) ، وعندما يعبّر عنه بهذه الطريقة، يتم فهم المقصود بالموجة. فعلى سبيل المثال: Hz 652 = 652 موجة ثانية أو s/652 = 51 652 1Hz=1x10-3KHz 1Hz=1x10-6MHz تعلمت سابقا أنه يمكنك إحداث موجة مستعرضة كتلك التي تظهر في الشكل 2-2 بتحريك نهاية الحبل الحرة إلى أسفل أو أعلى مسافة كبيرة. وتعرف سعة الموجة بأنها مقدار ارتفاع القمة أو انخفاض القاع عن مستوى خط الأصل. والطول الموجي والتردد لا يؤثران في سعة الموجة. تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية - ومنها الضوء المرئي - بسرعة ثابتة m/s 10×3.00 في الفراغ، وتعرف المسافات التي تقطعها الموجة في الثانية الواحدة أثناء انتشارها بـ سرعة الموجة، يرمز لسرعة الضوء بالرمز C، وهي تساوي حاصل ضرب الطول الموجي (۸) للضوء في تردده (f). معدل سرعة الموجة الكهرومغناطيسية a c=λf حيث C سرعة الضوء في الفراغ. الطول الموجي. f التردد. سرعة الضوء في الفراغ تساوي حاصل ضرب التردد في الطول الموجي. b قاع قمة ـ (۸) طول الموجة سعة الموجة الأصل (۸) طول الموجة. الشكل - . تُظهر الموجات المائية المتحدة المركز الصفات المميزة لكل الموجات. b. السعة، والطول الموجي والتردد مميزات رئيسة للموجات. حدد من الصورة، قمة، وقاعا، وطولا موجيًّا. 69 واوي عليم Ministry of Education 2024-1446

70 70 الشكل - توضح هذه الموجات العلاقة بين الطول الموجي والتردد ، فكلما ازداد الطول الموجي قل التردد. استنتج هل يؤثر التردد والطول الموجي في سعة الموجة؟ أطول طول موجة حية تردد منخفض أقصر طول موجة | wwwww تردد عال على الرغم من تساوي سرعة الموجات الكهرومغناطيسية جميعها في الفراغ إلا أنه قد يكون للموجات أطوال موجات وترددات مختلفة. وكما ترى من المعادلة في الصفحة مهن في الكيمياء السابقة، فإن الطول الموجي والتردد يتناسبان عكسيًّا أحدهما مع الآخر. ولفهم هذه العلاقة على نحو أفضل، تفحّص الموجتين المرسومتين في الشكل . فعلى الرغم محللو الطيف تحليل الطيف هو دراسة من أن كلتا الموجتين تنتقلان بسرعة الضوء إلا أنك تستطيع ملاحظة أن الموجة الطيف الممتص أو المنبعث من المادة. وبما الحمراء لها طول موجة أكبر وتردد أقل من الموجة البنفسجية. أن لكل عنصر طيف مميز وفريد من نوعه ويشبه بصمة الإصبع، لذا يستخدم علماء الطيف الكهرومغناطيسي يحتوي ضوء الشمس - وهو مثال على الضوء الأبيض - الفيزياء الفلكية التحليل الطيفي للكشف على مدى متصل من أطوال الموجات والترددات. وعند مرور الضوء الأبيض من عن مكوّنات بعض النجوم مثل الشمس. خلال المنشور ينفصل إلى طيف متصل من الألوان يشبه الطيف المبين في الشكل 24 ويُظهر طيف الامتصاص النجمي خطوطا وهذه هي ألوان الطيف المرئي المسمى بالطيف المستمر؛ وذلك لأن كل نقطة فيه تتوافق مع طول موجة وتردد .مميزين. وقد تكون ألوان هذا الطيف مألوفة لديك، فإذا كنت قد رأيت قوس المطر من قبل فقد رأيت الألوان المرئية كلها مرة واحدة. ويتشكل قوس المطر عندما تشتت قطرات الماء الصغيرة الموجودة في الهواء ضوء الشمس الأبيض إلى ألوانه؛ إذ يتشكل الطيف في صورة قوس في السماء. معتمة كثيرة، تُمكّن محلّلي الطيف من تعرف العناصر الموجودة في النجم الشكل 24 عندما يمر الضوء الأبيض عبر منشور ينفصل إلى مكوّناته المختلفة كطيف متصل: . الأحمر، والبرتقالي، والأصفر والأخضر، والأزرق، والنيلي، والبنفسجي وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

يظهر الطيف المرئي للضوء، في الشكل 24 ، كجزء بسيط من الطيف الكهرومغناطيسي الكامل، الموضح في الشكل .5-2. ويشتمل الطيف الكهرومغناطيسي، على أشكال الإشعاع الكهرومغناطيسي كلها، وهو عبارة عن سلسلة من الموجات المتصلة التي تسير بسرعة الضوء والتي تختلف في التردد، والطول الموجي فقط، ويظهر الشكل 4- اختلاف زاوية ميل الإشعاع باختلاف الطول الموجي أثناء مروره خلال المنشور، مما ينتج عنه سلسلة من الألوان أحمر ، برتقالي، أصفر، أخضر، أزرق، نيلي وبنفسجي). كما نلاحظ عند دراسة طاقة دراسة طاقة الإشعاع المبينة في الشكل 5-2، أن الطاقة تزداد كلما ازداد التردد. وبناءً على ذلك، يُظهر الشكل 3-2 أن تردد الضوء البنفسجي أكبر. وعليه فإن طاقته أكبر من الضوء الأحمر. وستدرس لاحقا العلاقة بين التردد والطاقة. King Faisal PRIZE منح البروفيسور مصطفى عمرو السيد جائزة يمكنك استخدام المعادلة c = f لحساب الطول الموجي أو التردد لأي موجة؛ الملك فيصل / فرع العلوم عام 1410هـ لأنه برع وذلك لأن الموجات الكهرومغناطيسية كلها تنتقل بالسرعة نفسها في وسط معين. وكان من ألمع الكيميائيين الفيزيائيين المعاصرين، ماذا قرأت ؟ اذكر العلاقة بين طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي وتردده. وله بحوث وضعته في الصَّف الأول من العاملين بالدراسات الطيفية. ومن الممكن أن تؤدي دراساته في مجال الطاقة الربط مع الفيزياء تتعرض أجسامنا للإشعاع الكهرومغناطيسي من مصادر متنوعة. الضوئية إلى نتائج عملية مفيدة للإنسان في مجال الاستفادة من الطاقة الشمسية. فبالإضافة إلى الإشعاع الصادر من الشمس ، ينتج عن النشاطات الإنسانية إشعاعات ولقد سميت بعض قواعد التفاعلات التي اكتشفها باسمه، فيقال عنها قواعد السيد تشمل موجات الراديو والتلفزيون، ومحطات تقوية الهاتف، والمصابيح، ومعدات الأشعة السينية الطبية، كما تساهم المصادر الطبيعية على الأرض مثل البرق، والنشاط الإشعاعي الطبيعي في ذلك. وتعتمد معرفة الكون على الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من الأجسام البعيدة كالنجوم التي تُرصد بأجهزة متخصصة على الأرض. المصدر : موقع جائزة الملك فيصل / فرع العلوم http://kingfaisalprize.org/ar/science/ الشكل - يشمل الطيف الكهرومغناطيسي مدى واسعًا من الترددات، ويشكّل جزء الطيف المرئي منه حيزًا ضيقًا جدا. وكلما زادت الطاقة والتردد، قل الطول الموجي الضوء المرئي يزداد الطول الموجي 3 + 3×10-2 + 3 × 104 + -6 -8 3 × 10 3×10 + 3 × 10-10 -12 -14 3 × 10 + 3×10 + أشعة جاما 1022 فوق البنفسجي الأشعة السينية ( x ) 1018 1020 تحت الحمراء موجات الميكروويف الطول الموجي (۸) بالأمتار 3 × 102 + موجات الراديو 106 108 1010 1012 1014 1016 تزداد الطاقة / التردد الطيف الكهرومغناطيسي 3×104 104 التردد (f) بالهيرتز 71 وزارفت عليم Ministry of Education 2024-1446

مثال 1-2 حساب الطول الموجي لموجة كهرومغناطيسية تستخدم موجات الميكروويف في طهي الطعام، ونقل المعلومات. فما الطول الموجي لموجات الميكروويف التي ترددها Hz 10× 3.44 1 تحليل المسألة تردد موجة الميكروويف معطى. وتعرف أيضًا أن موجات الميكروويف هي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي الذي يرتبط كل من سرعته وتردده وطول موجته مع المعادلة C = f؛ حيث قيمة C معروفة وثابتة. لذا قم أولاً بحل المعادلة للحصول على الطول الموجي، ثم عوض القيم المعروفة لحسابه. المعطيات المطلوب وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 ۸ =? m f= 3.44 × 109 Hz c = 3.00 x 10% m/s 2 حساب المطلوب حل المعادلة التي تربط بين السرعة والتردد والطول الموجي للموجة الكهرومغناطيسية للحصول على الطول الموجي (۸). اكتب معادلة معدل سرعة الموجة الكهرومغناطيسية حل لإيجاد ) عوض قيم C = 3.00 x 10 m/s ، و v = 3.44 × 10° Hz c => f x = c / f λ = 3.00 × 10% m/s 3.44 × 109 Hz لاحظ أن الهرتز يساوي s/1 أو 1-s λ= 3.00 × 108 m/s 3.44 × 10981 ۸ = 8.72 × 10-2 m اقسم الأرقام والوحدات 3 تقويم الإجابة الإجابة معبر عنها بوحدات صحيحة للطول الموجي (m). وكلتا القيمتين المعروفتين في المسألة معبر عنها بثلاثة أرقام معنوية، لذا، يجب أن تحتوي الإجابة على ثلاثة أرقام معنوية، وهي كذلك . وقيمة الطول الموجي ضمن نطاق الطول الموجي للميكروويف المبين في الشكل 5-2 مسائل تدريبية 64. تحصل الأجسام على ألوانها من خلال عكسها أطوالا موجية معينة عندما يصطدم بها اللون الأبيض. فإذا كان الطول الموجي للضوء المنعكس من ورقة خضراء يساوي 4.90x107m. فما تردد موجة هذا الضوء؟ 65. يمكن للأشعة السينية أن تخترق أنسجة الجسم وتستعمل على نطاق واسع لتشخيص اضطرابات أجهزة الجسم الداخلية ومعالجتها. ما تردد أشعة سينية طولها الموجي 10-10m×1.15 .66. بعد تحليل دقيق، وجد أن تردد موجة كهرومغناطيسية يساوي Hz 10×7.8 . ما سر عة هذه الموجة؟ 67. تحفيز تذيع محطة راديو FM بتردد مقداره MHz 94.7 ، في حين تذيع محطة AM بتردد مقداره 820KHz. ما الطول الموجي لكل من المحطتين ؟ أي الرسمين أدناه يعود إلى محطة FM ، وأيها يعود إلى محطة AM؟ b a MWANA 72

الطبيعة المادية للضوء The Particle Nature of Light على الرغم من أن اعتبار الضوء موجة يفسر الكثير من سلوكه إلا أن هذه الحقيقة قد فشلت في تفسير الكثير من صفات الضوء التي تبين أنه مادة؛ إذ لم يستطع النموذج الموجي للضوء تفسير لماذا تطلق الأجسام الساخنة فقط ترددات محددة من الضوء عند درجات المفردات حرارة معينة، أو لماذا تطلق بعض الفلزات إلكترونات عندما يسقط عليها ضوء ذو تردد معين. لذا أدرك العلماء الحاجة إلى بناء نموذج جديد، أو مراجعة النموذج الموجي للضوء المفردات الأكاديمية الظاهرة حقيقة أو حدث قابل لمعالجة هذه الظواهر. مفهوم الكم تشع الأجسام ضوءًا عند تسخينها، انظر الشكل 6-2 الذي يوضح هذه للملاحظة. الظاهرة؛ إذ تبدو قطعة الحديد رمادية داكنة عند درجة حرارة الغرفة، ولكنها تتوهج خلال العواصف المطرية، تمر باللون الأحمر عند تسخينها بصورة كافية، ثم تتحول إلى اللون البرتقالي، ثم إلى اللون عادة التيارات الكهربائية من الغيوم الأزرق إذا سخنت أكثر. وسوف تتعلم أن درجة حرارة الجسم مقياس لطاقة حركة إلى الأرض أو بين الغيوم نفسها - الجسيمات المكونة له. فكلما سخن الحديد أصبحت طاقته أكبر، ويبعث ألوانا مختلفة وهذه ظاهرة تُدعى البرق. من الضوء ذات ترددات وأطوال موجية مميزة لها. لم يستطع النموذج الموجي تفسير انبعاث هذه الأطوال الموجية المختلفة. وفي عام 1900م بدأ الفيزيائي الألماني ماكس بلانك (1858 - 1947م) البحث عن هذه الظاهرة عندما كان يدرس الضوء المنبعث من الأجسام الساخنة. وقادته هذه الدراسة إلى استنتاج مدهش وهو أنه يمكن للمادة أن تكتسب أو تخسر طاقة على دفعات بكمية صغيرة محددة تُسمى الكم. والكم هو أقل كمية من الطاقة يمكن أن تكتسبها الذرة أو تفقدها. ماذا قرأت؟ فسّر لماذا يتغير لون الأجسام الساخنة تبعًا لدرجة حرارتها؟ أدت الخبرة السابقة بالعلماء إلى الاعتقاد أنه يمكن أن تُمتص الطاقة أو تُبعث في كميات متغيرة وباستمرار دون حد أدنى لهذه الكمية . فعلى سبيل المثال، فكر في عملية تسخين شريحة من الخبز داخل فرن الميكروويف، فقد يبدو لك أنك تستطيع إضافة أي كمية لگا من الطاقة الحرارية إلى شريحة الخبز عن طريق التحكم في القوة والفترة الزمنية للفرن. والحقيقة أن درجة الحرارة تزداد بكميات صغيرة متواصلة عندما تمتص جزيئاتها كما محددًا من الطاقة. ولأن عملية ازدياد درجة الحرارة تحدث تدريجيًا ببطء لذا تبدو الزيادة في درجة الحرارة وكأنها مستمرة بدلاً من حدوثها على دفعات صغيرة. الشكل 26 يعتمد طول موجة الضوء المنبعث من فلز ساخن، مثل الحديد الموجود عن اليمين، على درجة الحرارة. فالحديد رمادي في درجة حرارة الغرفة ويتحول أولاً إلى اللون الأحمر، ثم إلى البرتقالي الوهاج. فسّر العلاقة بين اللون ودرجة حرارة الفلز 73 واصل عليم Ministry of Education 2024-1446

اقترح بلانك أن الطاقة المنبعثة من الأجسام الساخنة مكماة، ثم أثبت رياضيا وجود علاقة بين الكيمياء في واقع الحياة طاقة الكم وتردد الإشعاع المنبعث. الطاقة الشمسية طاقة الكم E quantum = hf حيث E طاقة الكم h ثابت بلانك f التردد طاقة الكم تساوي حاصل ضرب ثابت بلانك في تردد الضوء. الخلايا الكهروضوئية تستعمل ثابت بلانك يساوي 34.5 10×6.626 حيث آرمز الجول، وهو وحدة الطاقة العالمية. وتظهر الخلايا الكهروضوئية التأثير المعادلة ازدياد طاقة الإشعاع بازدياد تردده f. الكهروضوئي في تحويل الطاقة الضوئية إلى طاقة كهربائية. واعتمادًا على نظرية بلانك لكل تردد معين، فإن المادة تشع أو تمتص طاقة بمضاعفات صحيحة لقيم h.f، مثل ... وما إلى ذلك. وتشبه هذه العملية بناء طفل الجدار من المكعبات الخشبية. إذ يستطيع الطفل أن يزيد أو ينقص من ارتفاع الجدار بوضع أو إزالة عدد من المكعبات. وبالمثل تمتلك المادة مقادير محددة وثابتة من طاقة الكم - لا يوجد بينها كميات أخرى من الطاقة. التأثير الكهروضوئي توصل العلماء إلى أن النموذج الموجي للضوء لم يكن قادرًا على تفسير الظاهرة المسماة بالتأثير الكهروضوئي. وفي التأثير الكهروضوئي، تنبعث الإلكترونات المسماة الفوتو إلكترونات من سطح الفلز عندما يسقط عليه ضوء بتردد مساو لتردد الفوتون، أو أعلى منه، على سطح الفلز، كما في الشكل 2-7. ويتنبأ النموذج الموجي، أنه حتى الضوء المنخفض الطاقة، والمنخفض التردد سوف يتراكم ويوفر الطاقة اللازمة لإطلاق الفوتو إلكترونات من فلز ما مع مرور الوقت. وفي الحقيقة، لن يطلق الفلز الفوتو إلكترونات إذا كان الضوء الساقط عليه ذا تردد أقل من التردد اللازم لإطلاق الفوتو إلكترون. فعلى سبيل المثال، لا يمكن للضوء الأقل ترددًا من 2 1 1.14 إطلاق الفوتو إلكترونات من فلز الفضة مهما كانت شدته أو زمن تأثيره. إلا أن الضوء الباهت الذي تردده يساوي 21015 1.14 أو أكبر من ذلك يطلق الفوتو إلكترونات من فلز الفضة. ماذا قرأت؟ صف التأثير الكهروضوئي. شعاع ضوئي إلكترون منبعث من السطح (فوتو إلكترون) الشكل - يحدث التأثير الكهروضوئي عندما يصطدم ضوء بتردد معين بسطح فلز فيطلق إلكترونات. وعندما تزداد شدة الضوء يزداد عدد الإلكترونات المنبعثة. وعندما يزيد تردد (طاقة) الضوء، تزيد طاقة الإلكترونات المنبعثة. سطح فلزي 74 إلكترونات وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446

الطبيعة الثنائية للضوء افترض ألبرت أينشتاين في عام 1905م لتوضيح التأثير الكهروضوئي أن الضوء له طبيعة ثنائية؛ فلحزمة الضوء خواص موجية، وأخرى مادية. ويمكن القول إنه حزمة أشعة من الطاقة تُسمى الفوتونات والفوتون جُسيم لا كتلة له يحمل كما من الطاقة. واستكمالاً لفكرة بلانك عن طاقة الكم، وجد أينشتاين أن طاقة الفوتون تعتمد على تردده. طاقة الفوتون E =hf photon حيث E طاقة الفوتون h ثابت بلانك f التردد طاقة الفوتون تساوي حاصل ضرب ثابت بلانك في تردد الضوء. وكما اقترح أينشتاين أيضًا أنّ لكل فوتون حدا معينًا من الطاقة يؤدي إلى إطلاق الفوتو إلكترون من سطح الفلز . وبناءً على ذلك، فإن الأعداد الصغيرة من الفوتونات التي لها طاقة أعلى من " الحد المعين " ، الذي أشار إليه أينشتاين، سوف يتسبب في التأثير الكهروضوئي وإطلاق الفوتو إلكترون. هذا وقد فاز أينشتاين بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1921م لقيامه بهذا البحث. مثال 2-2 احسب طاقة الفوتون يحصل كل جسم على لونه عن طريق عكس جزء معين من الضوء الساقط عليه. ويعتمد اللون على طول موجة الفوتونات المنعكسة، ثم على طاقتها. ما طاقة فوتون الجزء البنفسجي لضوء الشمس إذا كان تردده 51 1014 × 7.230؟ 1 تحليل المسألة المعطيات f = 7.230 × 1014-1 h = 6.626 × 10-34 J.S المطلوب J ؟= E photon 2 حساب المطلوب اكتب معادلة طاقة الفوتون عوض 1-f = 7.230 × 1014 s ، و h = 6.626 × 1034 J.s E photon = h f E.. photon = (6.626 × 10-34 J.s)(7.230 × 1014 s-1) E photon = 4.791 × 10-19 J قم بضرب الأرقام والوحدات ثم اقسمها B تقويم الإجابة إن طاقة الفوتون الواحد من الضوء صغيرة للغاية كما هو متوقع. ووحدة الطاقة هي الجول، وهناك أربعة أرقام معنوية. مسائل تدريبية 68. احسب طاقة الفوتون الواحد في كل من الإشعاعات الكهرومغناطيسية الآتية: 6.32 × 1020 -1 .a و 9.50 ×1013 Hz .b 1.05 × 1016 s-1 .C .69 تُستخدم موجات الميكروويف التي طولها الموجي 0.125m لتسخين الطعام. ما طاقة فوتون واحد من إشعاع الميكروويف؟ 70. تحفيز. يدخل مركب كلوريد النحاس الأحادي في صناعة الألعاب النارية، فعندما يُسخّن إلى درجة حرارة K 1500 تقريبًا، يشع لونًا أزرق ذا طول موجي nm 10 × 4.50. ما طاقة فوتون واحد في هذا الضوء؟ 75 Ministry of Education 2024-1446

تجربة طيف الانبعاث الذري Atomic Emission Spectra تحديد ماهية المركبات هل تساءلت كيف ينشأ الضوء في مصابيح النيون المتوهجة؟ هذه العملية ظاهرة كيف يختلف لون اللهب باختلاف العناصر ؟ خطوات العمل EE أخرى لا يمكن تفسيرها بواسطة النموذج الموجي للضوء. ينتج ضوء النيون عند مرور الكهرباء في أنبوب مليء بغاز النيون، حيث تمتص ذرات النيون الطاقة، وتنتقل إلى حالة عدم الاستقرار (إثارة). وحتى تعود إلى حالة الاستقرار ينبغي 2 اغمس سلك بلاتين أو أحد أعواد تنظيف أن تبعث الضوء لكي تطلق الطاقة التي امتصتها. وعند مرور ضوء النيون من الأذن القطنية ( بعد مسكه بالملقط الستة خلال منشور زجاجي ينتج عن ذلك طيف الانبعاث الذري للنيون. 1. اقرأ تعليمات السلامة في المختبر. ملاحظاتك في جدول البيانات. 3. كرر الخطوة 2 مستخدماً في محلول كلوريد الليثيوم، ثم عرضه للهب بنزن، ولاحظ لون اللهب، وسجل طیف الانبعاث الذري لعنصر ما هو مجموعة من ترددات الموجات الكهرومغناطيسية المنطلقة من ذرات العنصر. ويتكون طيف الانبعاث الذري للنيون من عدة خطوط منفصلة من الألوان مرتبطة مع ترددات الإشعاع المنبعثة محاليل الفلزات الآتية: كلوريد الصوديوم، كلوريد البوتاسيوم من ذرات النيون، وهو ليس مدى متصلاً من الألوان، كما هو الحال في الطيف كلوريد الكالسيوم، كلوريد المرئي للضوء الأبيض. الاسترانشيوم، وسجل لون كل لهب في جدول البيانات. 4. قارن نتائج اختبار لون اللهب بما في كتيب العناصر في نهاية الكتاب ماذا قرأت؟ وضح كيف ينتج طيف الانبعاث ؟ لكل عنصر طيف انبعاث ذري فريد ومميز يستخدم لتعرّف العنصر أو تحديد ما 5. كرر الخطوة 2 مستخدمًا عينة من إذا كان ذلك العنصر جزءًا من مركب. فعلى سبيل المثال، عندما يغمس سلك محلول مجهول يزودك بها المعلم، ثم بلاتين في محلول نترات الاسترانشيوم ويعرض على لهب بنزن، تبعث ذرات الاسترونشيوم لونًا أحمر مميزاً. ويمكنك إجراء اختبار لون اللهب هذا على 6. تخلص من عيدان القطن المستعملة كما سجل لون اللهب الناتج. يرشدك المعلم. التحليل مجموعة من العناصر في المختبر. يوضح الشكل 8-2 التوهج الأرجواني - الزهري المميز الناتج عن تهيج ذرات 7. اقترح سبب إعطاء كل مركب لونا الهيدروجين، والذي ينتج عند مروره بمنشور خطوط الطيف الأربعة المميزة مختلفا للهب بنزن على الرغم من لعنصر الهيدروجين. لاحظ اختلاف الطبيعة الخطية لطيف انبعاث الهيدروجين الذري عن طبيعة الطيف المستمر. 8. وضح كيف يرتبط اختبـار لــون لـهـب احتوائها جميعًا على الكلوريد. العنصر مع طيف الانبعاث الذري له؟ الربط من علم الفلك طيف الانبعاث الذري مميز للعنصر، ويمكن .. استنتج هوية المادة المجهولة، معللا إجابتك. استخدامه لتعرف ذلك العنصر. وإن حقيقة ظهور ألوان معينة فقط في طيف الانبعاث الذري للعنصر يعني انبعاث ترددات محددة من الضوء. ولأن الشكل - يمكن فصل اللون الأرجواني المنبعث من الهيدروجين إلى مكوناته المختلفة باستخدام المنشور. يتكون طيف الانبعاث الذري للهيدروجين من أربعة خطوط بأطوال موجية مختلفة. حدد أي خط له أعلى طاقة؟ 656 nm 650 700 750 فتحة يفصل المنشور الضوء إلى مكوناته 410 434 486 nm nm nm λ (nm) 400 450 500 550 600 طيف الانبعاث الذري للهيدروجين يصدر أنبوب تفريغ غاز الهيدروجين ضوءًا وزارة التعليم Ministry of Education 2024-1446 76

الشكل - الطيف الأول: طيف امتصاص يتألف من خطوط سوداء فوق طيف مستمر. وترتبط الخطوط السوداء مع ترددات معينة يمتصها عنصر محدد، هو الهيليوم في هذه الحالة. ويمكن مطابقتها بالخطوط الملونة في طيف انبعاث الهيليوم المبين أسفل طيف الامتصاص. | | | | | | | | 400 500 ||| 600 700 | | | | | | | | ││││ 400 500 600 700 photon خلال هذه الترددات المنبعثة مرتبطة مع الطاقة وفقًا للمعادلة hf = E ، لذا تنبعث الفوتو إلكترونات ذات الطاقات المحددة فقط. ولم يتنبأ أحد بهذه الحقائق من قوانين الفيزياء الكلاسيكية، بل توقع العلماء ملاحظة انبعاث طيف مستمر من الألوان عندما تفقد الإلكترونات المثارة طاقتها. تمتص العناصر ترددات محددة من الضوء فيتكوّن طيف الامتصاص. وتظهر الترددات الممتصة في طيف الامتصاص كأنها خطوط سوداء، ما في الشكل 9-2. وعند مقارنة الخطوط السوداء بطيف الانبعاث الخاص بالعناصر يستطيع العلماء أن يحددوا تركيب الطبقات الخارجية للنجوم. التقويم 1-2 الخلاصة .8 تجربة عملية اختبار اللهب ارجع إلى دليل التجارب العملية على منصة عين الإثرائية الفكرة الرئيسة قارن بين الطبيعة الموجية والطبيعة المادية للضوء. تحدد الموجات كلها بالطول الموجي، 9. صف الظاهرة التي يمكن أن تُفسّر بواسطة النموذج المادي للضوء فقط. التردد، السعة، والسرعة. 10. قارن بين الطيف المستمر وطيف الانبعاث. تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية 11. قوّم استعمل نظرية بلانك لمعرفة كمية الطاقة التي تكتسبها المادة أو تفقدها. جميعها بسرعة الضوء في الفراغ. 12. ناقش الطريقة التي استخدم فيها أينشتاين مفهوم الكم عنــــد بلانك للموجات الكهرومغناطيسية كلها خواص موجية ومادية. تبعث المادة الطاقة وتمتصها بكمات محددة. لتوضيح التأثير الكهروضوئي. 13. تفسير الرسوم العلمية. استعن بالشكل 5-2 وما تعرفه عن الإشعاع الكهرومغناطيسي للمقابلة بين القائمتين الآتيتين. a. إشعاع جاما 1.أطول طول موجي 77 Ministry of Education 2024-1446 2. أعلى تردد b. موجة تحت الحمراء ينتج الضوء الأبيض طيفًا مستمرًا. ويتكون طيف انبعاث العنصر من 3. أعلى طاقة c. موجات الراديو سلسلة خطوط ملوّنة ومنفصلة.