نسخة الفيديو النصية
أي من الآتي يصف الحالة شبه المستقرة لطاقة إلكترون في ذرة ما وصفًا صحيحًا؟ (أ) حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة لا يكون فيها الإلكترون متأينًا بالكامل، لكنه يتحرك مثل الإلكترون الحر أكثر من حركته مثل الإلكترون المقيد. (ب) حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يميل الإلكترون إلى البقاء في الحالة المثارة فترة أقصر بشكل ملحوظ من فترة العمر الاعتيادية لإلكترون في حالة مثارة. (ج) حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يرجح أن يمتص الإلكترون الفوتونات في تلك الحالة بدرجة أكبر من امتصاصه لها في حالات مثارة أخرى. (د) حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يمكن للإلكترون أن ينتقل إليها فقط عن طريق امتصاص وبعث الفوتونات بالتزامن. وأخيرًا، (هـ) حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يميل الإلكترون إلى البقاء في الحالة المثارة فترة أطول بشكل ملحوظ من فترة العمر الاعتيادية لإلكترون في حالة مثارة.
لعلنا نتذكر أن هدفنا هو اختيار أفضل وصف لحالة الإلكترون شبه المستقرة من بين خمسة خيارات. لا يمكننا كتابة أوصاف الإجابات الخمسة بالكامل على الشاشة مرة واحدة، ولكن يمكننا كتابة نسخ مختصرة من الإجابات الأربعة السابقة. ومن ثم يصبح الأمر أكثر سهولة في تحديد الخيار الأنسب من بين الخيارات الخمسة.
في خيار الإجابة (أ)، تبين الإجابة المذكورة أن حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة لا يكون فيها الإلكترون متأينًا، لكنه يتحرك مثل الإلكترون الحر أكثر من حركته مثل الإلكترون المقيد. يشير خيار الإجابة (ب) إلى أن حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة أعلى من الحالة الأرضية، حيث يظل الإلكترون فيها لفترة أقصر من بقائه في حالة مثارة عادية. أما الخيار (ج) فقد وصف حالة الإلكترون شبه المستقرة بأنها حالة يرجح أن يمتص فيها الإلكترون الفوتونات بدرجة أكبر من امتصاصه لها في حالات مثارة أخرى. وأخيرًا، وصف الخيار (د) حالة الإلكترون شبه المستقرة بأنها حالة يمكن للإلكترون أن ينتقل إليها فقط عن طريق امتصاص وبعث الفوتونات بالتزامن.
هذه هي خيارات الإجابة الخمسة. عندما نفكر في هذه الخيارات، دعونا نفكر أيضًا في نظام مكون من ثلاثة مستويات ويتضمن حالة أرضية وحالة مثارة وحالة شبه مستقرة. يظهر هذا النوع من الأنظمة في تطبيقات الليزر. في هذا النوع من الأنظمة، تنتقل بعض الإلكترونات التي تكون في الحالة الأرضية إلى الحالة المثارة. وفترة عمر الإلكترون في الحالة المثارة الاعتيادية تكون قصيرة إلى حد ما. يميل هذا الإلكترون إلى الاضمحلال، كما يعرف، نحو حالة طاقة أقل، وهي الحالة شبه المستقرة في المثال المعطى لنا. الحالة شبه المستقرة هي حالة مثارة بمعنى أنها عند مستوى طاقة أعلى من الحالة الأرضية. لكن ما يميز هذه الحالة، كما يشير اسمها، هو أن الإلكترونات عندها لا تميل إلى الاضمحلال سريعًا إلى مستويات طاقة أقل. هذا هو الاختلاف الجوهري بين الحالة شبه المستقرة والحالة المثارة الاعتيادية.
بمعلومية ذلك، دعونا نفكر مرة أخرى في الخيار (ب). يقول هذا الخيار إن حالة الإلكترون شبه المستقرة أعلى من الحالة الأرضية. وهذا صحيح. لكنه يقول بعد ذلك إن الإلكترون في هذه الحالة يظل فترة أقصر من بقائه في حالة مثارة اعتيادية. وهذا الجزء من العبارة غير دقيق. ولذا، سنستبعد التفكير في الخيار (ب).
يقول الخيار (ج) إنه في الحالة شبه المستقرة، يرجح أن يمتص الإلكترون الفوتونات بدرجة أكبر من امتصاصه لها في حالات مثارة أخرى. لكننا نعلم أنه بالنسبة إلى الإلكترون الذي يكون في حالة شبه مستقرة، فإن احتمالية امتصاصه لفوتون تعتمد ببساطة على حالات الطاقة حوله والفوتونات المتاحة. فإذا كان هناك تطابق بين مستوى طاقة الفوتون الساقط وفجوة الطاقة بين الحالة شبه المستقرة وحالة أخرى في الذرة، فإن هذا الإلكترون سيمتص بالفعل الفوتون الساقط. لا تكون الإلكترونات في الحالات شبه المستقرة أكثر أو أقل قابلية لامتصاص الفوتونات من الإلكترونات في الحالات المثارة الأخرى. ولذا سنستبعد خيار الإجابة (ج).
يقول خيار الإجابة (د) إن الإلكترونات يمكنها الانتقال إلى الحالة شبه المستقرة فقط عن طريق امتصاص وبعث الفوتونات بالتزامن. رغم أنه يمكن للإلكترونات الانتقال إلى الحالة شبه المستقرة عن طريق امتصاص أو بعث الفوتونات، لا يشترط أن يحدث ذلك في نفس الوقت. وإنما يمكن أن يحدث امتصاص أو انبعاث بشكل منفرد. ومن ثم، فالإجابة (د) ليست خيارًا مناسبًا.
يقول الخيار (أ) إن الإلكترونات في الحالة شبه المستقرة تكون غير متأينة. وهذا يعني أن الإلكترون يظل داخل مستويات الطاقة المختلفة للذرة. هذه العبارة صحيحة. ولكن الخيار (أ) يقول بعد ذلك إن «الإلكترون في الحالة شبه المستقرة يتحرك مثل الإلكترون الحر أكثر من حركته مثل الإلكترون المقيد». لكن ما دام الإلكترون في حالة شبه مستقرة، فإنه بالضرورة إلكترون مقيد. ومن ثم، ستكون حركته مثل إلكترون مقيد أكثر من حركته مثل إلكترون حر حين يتحرك بين ذرات مختلفة. ومن ثم سنستبعد خيار الإجابة (أ).
يتبقى لدينا الخيار (هـ)، الذي يقول إن حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون. استنادًا إلى الرسم، نعرف أن هذا الجزء من العبارة صحيح. ويقول الخيار (هـ) بعد ذلك: «حيث يميل الإلكترون إلى البقاء في تلك الحالة المثارة فترة أطول بشكل ملحوظ من فترة العمر الاعتيادية لإلكترون في حالة مثارة». وبالفعل، يوضح هذا الجزء الأخير من خيار الإجابة (هـ) سبب تسمية تلك الحالة بالحالة شبه المستقرة. إذ تميل الإلكترونات إلى البقاء في الحالة المثارة فترة أطول بشكل ملحوظ من فترة بقائها في حالة مثارة أخرى في الذرة.
إذن، سيكون الخيار (هـ) هو إجابتنا النهائية. حالة الإلكترون شبه المستقرة هي حالة إلكترون في مستوى طاقة أعلى من طاقة الحالة الأرضية لذلك الإلكترون؛ حيث يميل الإلكترون إلى البقاء في الحالة المثارة فترة أطول بشكل ملحوظ من فترة العمر الاعتيادية لإلكترون في حالة مثارة.
