https://sarabic.ae/20260810/علماء-روس-يطورون-طريقة-أوضح-لرؤية-وقياس-الروابط-الكيميائية-1115927034.html
علماء روس يطورون طريقة أوضح لرؤية وقياس الروابط الكيميائية
علماء روس يطورون طريقة أوضح لرؤية وقياس الروابط الكيميائية
سبوتنيك عربي
قدّم باحثون من معهد سكولتك، وجامعة سبير، ومعهد ميخائيل ميخيف لفيزياء المعادن، وجامعة الأورال الفيدرالية، طريقةً متطورةً لتحليل الروابط الكيميائية داخل المواد... 10.08.2026, سبوتنيك عربي
2026-08-10T22:15+0000
2026-08-10T22:15+0000
2026-08-10T22:13+0000
مجتمع
علوم
روسيا
أخبار الأبحاث العلمية
كيمياء
https://cdn.img.sarabic.ae/img/103868/37/1038683796_0:0:2049:1153_1920x0_80_0_0_e5ad6f724cd3f10f55e4459ddc417d7e.jpg
لماذا يصعب وصف الروابط الكيميائية؟على المستوى الكمي، يمكن وصف سلوك الإلكترونات باستخدام دالة موجية متعددة الإلكترونات مُستمدة من معادلة شرودنغر. قد يكون هذا الوصف دقيقًا للغاية، لكن الدقة لا تجعله بالضرورة سهل الفهم.عادةً ما يجيب الكيميائيون على هذه الأسئلة باستخدام المدارات، وانتقال الشحنة، والكهرسلبية، والأيونية، والتساهمية، لكن تطبيق هذه المفاهيم المألوفة يصبح أكثر صعوبة داخل البلورات.مشكلة الإلكترونات في البلوراتفي الجزيء، يستطيع العلماء غالبًا وصف الإلكترونات باستخدام مدارات موضعية نسبيًا مرتبطة بذرات أو روابط معينة، أما داخل البلورة، فتمتد الحالات الإلكترونية عبر العديد من الذرات المتكررة، مُشكلةً نطاقات طاقة متصلة.تحويل الحالات الكمومية المعقدة إلى روابط مفهومةيركز الباحثون على أدوات رياضية تسمى "دوال وانير"، والتي طُرحت عام ١٩٣٧، تحوّل هذه الحالات الإلكترونية المُنتشرة إلى دوال مُتمركزة حول ذرات مُحددة.كما يوضح البروفيسور أرتيم أوجانوف من معهد سكولتك، فإن هذا يُتيح مناقشة حسابات الحالة الصلبة المُعقدة من حيث انتقال الشحنة، والأيونية، والتساهمية، دون التخلي عن دقة الحساب الكمومي الأساسي.قياس الروابط الفردية داخل البلورةبالاستناد إلى طريقة اقترحها البروفيسور فلاديمير أنيسيموف، يمكن استخدام هذا النهج لحساب الشحنات التي تحملها الذرات الفردية، وعزل رابطة محددة داخل البلورة، وتقدير طاقتها، وتحديد مقدار التفاعل الناتج عن الروابط الأيونية والتساهمية. يتيح هذا للباحثين أداةً بالغة الأهمية، فبدلاً من مجرد التنبؤ بالخصائص العامة للمادة، يُمكنهم دراسة التفاعلات المجهرية المسؤولة عن تلك الخصائص.تفسير لغز كيميائي في "فوسفيد البورون"يُبرهن الباحثون على أهمية هذه الطريقة باستخدام "فوسفيد البورون"، وهي بلورة ذات توزيع غير اعتيادي للشحنة الكهربائية.استنادًا إلى المنطق المعتاد للكهرسلبية، كان من المتوقع أن يجذب الفوسفور كثافة الإلكترونات نحوه ويصبح سالب الشحنة، إلا أن التجارب والحسابات السابقة أظهرت عكس ذلك، حيث تحمل ذرات البورون الشحنة السالبة. كانت هذه النتيجة غير المألوفة معروفة مسبقًا، لكن الحسابات التقليدية لم تقدم تفسيرًا كيميائيًا بديهيًا لها.تبسيط فهم الكيمياء الكميةتكمن أهمية هذا النهج في الربط بين منهجين مختلفين لدراسة المادة؛ إذ توفر ميكانيكا الكم تنبؤات عددية دقيقة للغاية، بينما تقدم الكيمياء التقليدية مفاهيم بديهية تساعد الباحثين على فهم هذه التنبؤات وتفسيرها.لا تقتصر النتيجة على تحسين تقنية التصوير فحسب، بل تتعداها إلى توفير طريقة أكثر قابلية للتفسير لدراسة الروابط الكيميائية، مما قد يساعد الباحثين على فهم المواد غير المألوفة وتفسير السلوكيات التي كانت واضحة في الحسابات ولكن يصعب وصفها كيميائيًا.المصدر: | بوابة روسيا العلمية |
https://sarabic.ae/20260409/علماء-صينيون-يبتكرون-نوعا-جديدا-من-المواد-فائقة-التوصيل-1112433766.html
https://sarabic.ae/20260625/علماء-روس-يطورون-بطارية-ذرية-تدوم-لأكثر-من-15-عاما--1114704854.html
سبوتنيك عربي
feedback.arabic@sputniknews.com
+74956456601
MIA „Rossiya Segodnya“
2026
سبوتنيك عربي
feedback.arabic@sputniknews.com
+74956456601
MIA „Rossiya Segodnya“
الأخبار
ar_EG
سبوتنيك عربي
feedback.arabic@sputniknews.com
+74956456601
MIA „Rossiya Segodnya“
سبوتنيك عربي
feedback.arabic@sputniknews.com
+74956456601
MIA „Rossiya Segodnya“
علوم, روسيا, أخبار الأبحاث العلمية, كيمياء
علوم, روسيا, أخبار الأبحاث العلمية, كيمياء
علماء روس يطورون طريقة أوضح لرؤية وقياس الروابط الكيميائية
قدّم باحثون من معهد سكولتك، وجامعة سبير، ومعهد ميخائيل ميخيف لفيزياء المعادن، وجامعة الأورال الفيدرالية، طريقةً متطورةً لتحليل الروابط الكيميائية داخل المواد الصلبة، يجمع هذا النهج بين دقة حسابات ميكانيكا الكم ومفاهيم كيميائية مثل الشحنة الذرية، وانتقال الإلكترونات، والأيونية، وقوة الروابط الفردية، ما يساعد العلماء على فهم ما يحدث داخل البلورة.
لماذا يصعب وصف الروابط الكيميائية؟
على المستوى الكمي، يمكن وصف سلوك الإلكترونات باستخدام دالة موجية متعددة الإلكترونات مُستمدة من معادلة شرودنغر. قد يكون هذا الوصف دقيقًا للغاية، لكن الدقة لا تجعله بالضرورة سهل الفهم.
حتى الحسابات الدقيقة لنظام يحتوي على 10 إلكترونات فقط تنتج كائنًا رياضيًا موجودًا في فضاء ثلاثي الأبعاد، ويمكن للعلماء استخدامه لحساب خصائص قابلة للقياس، إلا أنه لا يجيب بشكل مباشر على أسئلة كيميائية بديهية مثل: أي الذرات تتشارك الإلكترونات، وما مدى قوة رابطة معينة، أو ما إذا كانت هذه الرابطة أقرب إلى التفاعل الأيوني أم التساهمي.
عادةً ما يجيب الكيميائيون على هذه الأسئلة باستخدام المدارات، وانتقال الشحنة، والكهرسلبية، والأيونية، والتساهمية، لكن تطبيق هذه المفاهيم المألوفة يصبح أكثر صعوبة داخل البلورات.
مشكلة الإلكترونات في البلورات
في الجزيء، يستطيع العلماء غالبًا وصف الإلكترونات باستخدام مدارات موضعية نسبيًا مرتبطة بذرات أو روابط معينة، أما داخل البلورة، فتمتد الحالات الإلكترونية عبر العديد من الذرات المتكررة، مُشكلةً نطاقات طاقة متصلة.
تصبح الإلكترونات "منتشرة" رياضيًا عبر البلورة، ما يجعل من الصعب الإشارة إلى حساب واحد والقول: "هذا يُمثل الرابطة بين هاتين الذرتين". يظل الوصف الكمومي دقيقًا، لكن الكثير من الصورة الكيميائية البديهية يختفي.
تحويل الحالات الكمومية المعقدة إلى روابط مفهومة
يركز الباحثون على أدوات رياضية تسمى "دوال وانير"، والتي طُرحت عام ١٩٣٧، تحوّل هذه الحالات الإلكترونية المُنتشرة إلى دوال مُتمركزة حول ذرات مُحددة.
يطوّر الفريق منهجًا يتم فيه إسقاط "دوال وانير" على المدارات الذرية، ما ينتج دوالًا متمركزة تحافظ أيضًا على تناظر الحالات الذرية الأصلية، وتكمن الفائدة العملية في أن العلماء يمكنهم البدء بحسابات دقيقة من المبادئ الأولى، ثم ترجمة النتيجة إلى شكل يشبه اللغة الكيميائية المُستخدمة في الكتب الدراسية والمختبرات.
كما يوضح البروفيسور أرتيم أوجانوف من معهد سكولتك، فإن هذا يُتيح مناقشة حسابات الحالة الصلبة المُعقدة من حيث انتقال الشحنة، والأيونية، والتساهمية، دون التخلي عن دقة الحساب الكمومي الأساسي.
قياس الروابط الفردية داخل البلورة
بالاستناد إلى طريقة اقترحها البروفيسور فلاديمير أنيسيموف، يمكن استخدام هذا النهج لحساب الشحنات التي تحملها الذرات الفردية، وعزل رابطة محددة داخل البلورة، وتقدير طاقتها، وتحديد مقدار التفاعل الناتج عن الروابط الأيونية والتساهمية. يتيح هذا للباحثين أداةً بالغة الأهمية، فبدلاً من مجرد التنبؤ بالخصائص العامة للمادة، يُمكنهم دراسة التفاعلات المجهرية المسؤولة عن تلك الخصائص.
قد تظهر الحسابات أن البلورة مستقرة، أو ذات خصائص كهربائية غير اعتيادية، أو قوية ميكانيكيًا، بينما يُساعد تحليل الروابط في تفسير التفاعلات الذرية المسؤولة عن هذا السلوك.
تفسير لغز كيميائي في "فوسفيد البورون"
يُبرهن الباحثون على أهمية هذه الطريقة باستخدام "فوسفيد البورون"، وهي بلورة ذات توزيع غير اعتيادي للشحنة الكهربائية.
استنادًا إلى المنطق المعتاد للكهرسلبية، كان من المتوقع أن يجذب الفوسفور كثافة الإلكترونات نحوه ويصبح سالب الشحنة، إلا أن التجارب والحسابات السابقة أظهرت عكس ذلك، حيث تحمل ذرات البورون الشحنة السالبة. كانت هذه النتيجة غير المألوفة معروفة مسبقًا، لكن الحسابات التقليدية لم تقدم تفسيرًا كيميائيًا بديهيًا لها.
باستخدام منهج "دالة وانير"، أصبح بإمكان العلماء الآن وصف إعادة توزيع الإلكترونات بطريقة تربط النتيجة الكمية الكمومية بمفاهيم مألوفة للروابط الكيميائية،مما يساعد في تفسير سبب حدوث هذا التوزيع المتناقض للشحنة ظاهريًا.
تبسيط فهم الكيمياء الكمية
تكمن أهمية هذا النهج في الربط بين منهجين مختلفين لدراسة المادة؛ إذ توفر ميكانيكا الكم تنبؤات عددية دقيقة للغاية، بينما تقدم الكيمياء التقليدية مفاهيم بديهية تساعد الباحثين على فهم هذه التنبؤات وتفسيرها.
وبدمج هذين المنهجين، يستطيع العلماء دراسة البلورات بدقة تضاهي دقة الفيزياء الحاسوبية الحديثة، مع الاستمرار في طرح أسئلة كيميائية مألوفة حول حركة الإلكترونات، والذرات المرتبطة، وقوة هذه الروابط، وما إذا كانت طبيعتها أيونية أم تساهمية في الغالب.
لا تقتصر النتيجة على تحسين تقنية التصوير فحسب، بل تتعداها إلى توفير طريقة أكثر قابلية للتفسير لدراسة الروابط الكيميائية، مما قد يساعد الباحثين على فهم المواد غير المألوفة وتفسير السلوكيات التي كانت واضحة في الحسابات ولكن يصعب وصفها كيميائيًا.
