الفصل الأول : الذرة

 

·       ما هي الذرة ؟

·       تركيب الذرة

·       المدارات الإلكترونية

 

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 1-1 يبين البناء الذري.

 

عودة للعناوين

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 شكل 2-1 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 1-1

 

 

حيث تشكل Ne عدد الإلكترونات في المستوى وتشكل n  ترتيب المستوى وعليه يكون توزيع الإلكترونات في مدارات ذرة الجرمانيوم كما هو موضح بالشكل.

 وسنركز اهتمامنا على آخر مستويين 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 شكل 3-1 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 pair – Electron 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 أنظر شكل 4-1 

ولو نظرنا إلى ترتيب الذرات في البلورة  Crystalالتي   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 شكل 5-1 وشكل 6-1 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.

 

 

عودة للعناوين