المرجع الالكتروني للمعلوماتية
المرجع الألكتروني للمعلوماتية

علم الفيزياء
عدد المواضيع في هذا القسم 11580 موضوعاً
الفيزياء الكلاسيكية
الفيزياء الحديثة
الفيزياء والعلوم الأخرى
مواضيع عامة في الفيزياء

Untitled Document
أبحث عن شيء أخر



طاقة الشبيكة في البلورات الأيونية  
  
1002   01:06 صباحاً   التاريخ: 2023-10-01
المؤلف : أ.د. نعيمة عبد القادر أحمد / أ.د. محمد أمين سلمان
الكتاب أو المصدر : علم البلورات والاشعة السينية
الجزء والصفحة : ص271–273
القسم : علم الفيزياء / الفيزياء الحديثة / فيزياء الحالة الصلبة / مواضيع عامة في الفيزياء الصلبة /

من المعروف أن قوى التجاذب بين أيونين مختلفي الشحنة (q ±) هي 2q/r-، أما إذا كان الأيونان متفقين في الشحنة فالقوى بينهما تنافرية وهي 2q/r+، إذا كانت المسافة بينهما هي r. وعندما تنتظم الأيونات في تركيب بلوري ما، فإن ذلك يكون عندما يتوازن أقوى تجاذب مع قوى التنافر التي تتجلى عند مسافات صغيرة بين قلبي الأيونين. أما إسهام قوى فان درفال في طاقة التماسك داخل البلورة الأيونية فيكون ضئيلا ولا يتجاوز من 1 إلى 2 في المائة. أما الإسهام الرئيسي في طاقة الترابط للبلورات فيكون كهروستاتيكيا وتسمى الطاقة عندئذ «طاقة ماديلونج».

هب أن لدينا أيونين ونرمز لهما بالرمزين i وj ، وأن طاقة التفاعل بينهما هي Uij. وتكون مجموع الطاقات Ui التي يشترك فيها الأيون (i) هي:

حيث يضم المجموع Ʃ كل الأيونات فيما عدا الحالة i =j وإذا افترضنا أن Uij هي مجموع جهد تنافري لمجال مركزي على الصورة:

حيث ρ، λ بارامترات تجريبية مضافا إليه جهد كولومي هو 2q2/r± أي أن:

حيث تؤخذ الإشارة الموجبة (+) في حالة الشحنات المتشابهة والإشارة السالبة (–) للشحنات المختلفة. ويصف الحد التنافري حقيقة أن القشرات الإلكترونية تتصرف كما لو كانت كيانات صلبة متماسكة، وأن كل أيون يقاوم التوزيعات الإلكترونية للأيونات المجاورة. وتعتبر الشدة λ والمدى ρ من الثوابت التي يتم تعيينها من ثوابت الشبيكة وقيم الانضغاطية. ويلاحظ أننا قد استخدمنا الصيغة الأسية للتنافر بدلا من صيغة 12–R التي استخدمت من قبل في حالة الغازات الخاملة. وذلك لسهولة التعبير بها عن التنافر.

وسنتناول بلورة كلوريد الصوديوم كمثال، وإذا تغاضينا عن تأثيرات السطح فإن الطاقة الكلية للشبيكة Utot لبلورة مكونة من N جزيء أو N2 أيون، فإن:

حيث Ui هي الكمية المعرفة في المعادلة (4-9) وقد استخدمنا N بدلا من 2N لأننا لابد وأن نعد كل زوج من التفاعلات مرة واحدة (أو كل رابطة مرة واحدة). أما الطاقة الكلية في (6-9) فهي الطاقة اللازمة لتفتيت البلورة إلى أيونات منفردة يبعد بعضها عن البعض مسافات لا نهائية.

ومن المناسب هنا أن نُعرف كميات جديدة هي Pij بحيث rij = pij R، حيث R هي المسافة بين أقرب الجيران في البلورة وعلى هذا:

 

ولابد أن يشمل المجموع إسهام أقرب الجيران وهو العدد z. أما الرمز (±) فسيأتي ذكره بعد قليل. وتعتبر قيمة ثابت ماديلونج على جانب كبير من الأهمية في نظرية البلورات الأيونية.

وعند حدوث اتزان فإن المسافة بين الذرات يمكن تحديدها من الشرط الآتي:

 

والمعادلة الأخيرة هي التي تعطى مسافة الاتزان R0 عندما تكون الثوابت ρ، لقوى التنافر معروفة. يلاحظ أن المعادلات السابقة قد تم اشتقاقها على وحدات CGS، أما إذا أردنا التحويل إلى وحدات SI فعلينا وضع q2/4ε0 π بدلا من q2.

وفي بلورة مكونة من 2N أيون موزعة على مواقع محددة بمسافات الاتزان R0، فإن الطاقة الكلية للشبيكة تصبح – طبقا للمعادلتين (8-9)، (11-9) – كما يلي:

ويعرف المقدار  بطاقة ماديلونج، حيث تقترب قيمة ρ من 0.1R0؛ أي أن طاقة التماسك يحكمها إسهام ماديلونج. وكلما كانت قيمة ρ/R0 صغيرة كان تغير قوى التنافر حادا وكانت القوى ذات مدى قصير جدا.

وفيما يلي بعض القيم النموذجية لثابت ماديلونج لبعض البلورات الأيونية الشائعة. وقد حسبت على أساس أن الشحنات أحادية ومنسوبة إلى مسافة أقرب الجيران:




هو مجموعة نظريات فيزيائية ظهرت في القرن العشرين، الهدف منها تفسير عدة ظواهر تختص بالجسيمات والذرة ، وقد قامت هذه النظريات بدمج الخاصية الموجية بالخاصية الجسيمية، مكونة ما يعرف بازدواجية الموجة والجسيم. ونظرا لأهميّة الكم في بناء ميكانيكا الكم ، يعود سبب تسميتها ، وهو ما يعرف بأنه مصطلح فيزيائي ، استخدم لوصف الكمية الأصغر من الطاقة التي يمكن أن يتم تبادلها فيما بين الجسيمات.



جاءت تسمية كلمة ليزر LASER من الأحرف الأولى لفكرة عمل الليزر والمتمثلة في الجملة التالية: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation وتعني تضخيم الضوء Light Amplification بواسطة الانبعاث المحفز Stimulated Emission للإشعاع الكهرومغناطيسي.Radiation وقد تنبأ بوجود الليزر العالم البرت انشتاين في 1917 حيث وضع الأساس النظري لعملية الانبعاث المحفز .stimulated emission



الفيزياء النووية هي أحد أقسام علم الفيزياء الذي يهتم بدراسة نواة الذرة التي تحوي البروتونات والنيوترونات والترابط فيما بينهما, بالإضافة إلى تفسير وتصنيف خصائص النواة.يظن الكثير أن الفيزياء النووية ظهرت مع بداية الفيزياء الحديثة ولكن في الحقيقة أنها ظهرت منذ اكتشاف الذرة و لكنها بدأت تتضح أكثر مع بداية ظهور عصر الفيزياء الحديثة. أصبحت الفيزياء النووية في هذه الأيام ضرورة من ضروريات العالم المتطور.