علوم وفضاء

مستويات طاقة ذرة الهيدروجين: الإشارة السالبة والانتقالات

أنبوب تفريغ مضيء داخل حجرة مغلقة وأداة رصد في مشهد مختبري توضيحي
تصور مختبري مولّد بالذكاء الاصطناعي؛ ليس رصدًا موثقًا للهيدروجين أو بيانات طيفية معايرة.

للهيدروجين في النموذج التقريبي مستويات منفصلة: Eₙ≈−13.6/n² eV و n=1,2,3,… . الانتقال الإشعاعي الصاعد امتصاص، والهابط انبعاث. [1]

الخلاصة السريعة

للهيدروجين في النموذج التقريبي مستويات منفصلة: Eₙ≈−13.6/n² eV و n=1,2,3,… . الانتقال الإشعاعي الصاعد امتصاص، والهابط انبعاث. [1]

  • المستوى 1 أدنى طاقة؛ المستويات لا تنتهي عند 5. [1]
  • الطاقة السالبة ارتباط بالنسبة لصفر الانفصال؛ تأين المستوى 1 نحو 13.6 eV. [2]
  • طاقة الفوتون مقدار فرق المستويين. [1]
  • الانتقال 3→2 يعطي نحو 1.89 eV أو 3.03×10⁻¹⁹ J؛ التباعد غير متساوٍ. [1][3]
  • بور تمهيدي؛ الخطوط ليست مسارات، ولا يفسر كل تفاصيل الطيف، الذي يتضمن خطوطًا غير مرئية. [2]

كيف نقرأ قانون الطاقة؟

بالتعويض: E₁≈−13.6، E₂≈−3.40، E₃≈−1.51، E₄≈−0.850 eV. القيم مقربة؛ −3.40 أعلى من −13.6. [1]

محور الرسم طاقة، وليس بُعدًا عن النواة. [2]

لماذا الطاقة سالبة وما حد التأين؟

الصفر لإلكترون منفصل بلا طاقة حركة. السالب يعني احتياج طاقة لفصله؛ لا يعني انعدام طاقته. [2]

عند n→∞ تقترب الطاقة من الصفر. من الأرضية يلزم 0−(−13.6)=13.6 eV، ومن حالة مثارة أقل. [2]

اتجاه الانتقال وحساب طاقة الفوتون

للانتقال 3→2: −1.5111−(−3.4000)≈1.8889 eV. يحمل الفوتون الفرق الموجب؛ العكس يمتص المقدار نفسه. [1]

الفرق 1↔2 نحو 10.2 eV، مقابل 1.89 بين 2 و 3؛ تتقارب المستويات العليا. [1]

حسب NIST، 1 eV=1.602176634×10⁻¹⁹ J بالضبط. الضرب يعطي نحو 3.03×10⁻¹⁹ J؛ نتيجة المثال مقربة. [3]

مخطط نسبي لمستويات الهيدروجين من 1 إلى 4 وحد الصفر وأسهم الامتصاص والانبعاث بين 2 و 3
خطوط محسوبة تقريبًا؛ صعود امتصاص وهبوط انبعاث، دون مسارات مكانية. [1][2]

حدود الرسم ونموذج بور

لا يعمم بور مباشرة على الذرات متعددة الإلكترونات ولا يفسر الانقسامات الدقيقة. الوصف الكمي يستعمل احتمالات الموضع بدل المسارات المحددة. [2]

الأسهم انتقالات طاقة؛ وللهيدروجين خطوط غير مرئية أيضًا، فلا يختزل الطيف في ألوان العين. [2]

المصادر ومتابعة القراءة

  1. OpenStax University Physics3 — 6.4 Bohr’s Model of the Hydrogen Atom (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
  2. OpenStax College Physics2e — 30.3 Bohr’s Theory، مرجع الطاقة وحدود النموذج (يفتح في نافذة جديدة)openstax.org
  3. NIST، CODATA2022 — تحويل الإلكترونفولت إلى الجول (يفتح في نافذة جديدة)physics.nist.gov

أُعدّ هذا المقال بصياغة عربية أصلية بالاستناد إلى المصادر أعلاه، وهو مدخل تمهيدي إلى الموضوع. اقرأ منهجية المحتوى وحدوده.