الكيمياء اللاعضوية

مركبات اعضوية متنوعة:
A: ثنائي البوران يميزه ترابط غير عادي :
B: كلوريد السيزيوم ذو شكل بلوري
C: Fp₂، عضو فلزي عقدي
D: استخدامات مختلفة للسيلكون
E: حفاز جراب والذي نال جراب باكتشافة
جائزة نوبل
F: Zeolites يستعمل في المناخ الجزيئية
G: اسيتات النحاس ابهرت
 علماء الكيمياء النظرية بالمغناطيسية الثنائية

الكيمياء اللاعضوية.

*تعريفها:

الكيمياء اللاعضوية (بالإنكليزية: Inorganic chemistry) تدرس المركبات التي لا يكون الكربون في تركيبها وليس من نواتج احتراقها,الكيمياء غير العضوية :هي الكيمياء التي تهتم بدراسة المركبات الغير عضوية ، أي مركباتها لا تحتوي على الكربون والهيدروجين معا ودراسة خواصها الكيميائية والفيزيائية.

*مفاهيم اساسية ومهمة للكيمياء اللاعضوية:

تمثل الاملاح الجزء الأكبر في المركبات اللاعضوية, حيث تكون الكاتايونات والأنيونات مرتبطة فيما بينها بالروابط الأيونية,يتم تصنيف المركبات اللاعضوية إلى الأكاسيد, الكربونات, الهاليدات والكبريتات كما تتميز العديد منها نقطة انصهار عالية وتكون رديئة توصيل للكهرباء في الحالة الصلبة. تتميز المركبات اللاعضوية أيضا بقابلية الذوبان في الماء وسهولة التبلور,من أبسط أنواع التفاعلات اللاعضوية تفاعل الإزاحة المزدوجة، وذلك عند مزج ملحين فتتبادل الأيونات من دون أي تغير في حالة الأكسدة.

*تفاعلات كيميائية غير عضوية:

تلعب التفاعلات غير عضوية دورا كبيرا في الكيمياء . ومن اهم تلك التفاعلات تفاعل أكسدة-اختزال وهي تتم في تفاعل حمض-قاعدة . تتم كل تلك التفاعلات تحت ظروف توازن كيميائي ، إلا ان توازن التفاعل يكون فيها منحازا لأحد طرفي التفاعل الكيميائي وينتج عنه انثالبي التعادل الكيميائي كبير (حرارة شديدة).

لهذا نجد أن التفاعلات الغير عضوية تسر سريعا وتنتج نواتجا وفيرة. وهذا بعكس التفالعلات العضوية فهي تسير ببطء حتى يصل التفاعل إلى حالة التوازن ، والتي لا ينتج منها إلا نواتج قليلة.

خلال تفاعل أكسدة-اختزال ينتقل إلكترون أو أكثر من أحد المواد الداخلة في التفاعل إلى أحد المواد الأخرى الداخلة في التفاعل ويتفاعلان . في تفاعلات الأكسدة-اختزال يتم تفاعل بين عناصر منفردة وينتج منها مركبات . ومن اشهر تلك التفاعلات التفاعل الانفجاري وهو يتم باتحاد الهيدروجين مع الأكسجين بشدة وينتج الماء ، وتفاعلات تأكسد تحدث مع العناصر الغير نبيلة مثل الحديد حيث يتفاعل مع الأكسجين.

وفي تفاعل حمض-قاعدة (مثل تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع الصوديوم أو هيدروكسيد الصوديوم) ينتقل بروتون بينهما ، حيث تيعطي جزيئ الحمض بروتونا (أيون هيدروجين ) إلى الصوديوم . ويتكون في معظم تفاعلات حمض-قلوي الماء وملح ، وأشهرها تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع هيدروكسيد الصوديوم فينتج ملح الطعام والماء . ونظرا لأن تلك التفاعلات تتم سريعا ويمكن فحصها بمؤشرات كيميائية فإنها ذات دور هام في الكيمياء التحليلية.

ويعتبر تكوين نواتجا صلبة أو غازات خلال تفاعل كيميائي لا عضوي من العوامل التي تدفع بالتفاعل إلى السير بسرعة في اتجاه واحد حتى تكتمل ، ذلك لأن النواتج تنفصل عن التوازن الكيميائي في المحلول ويتم التفاعل بذلك في اتجاه واحد فيكتمل .

لذلك فعند إضافة محلول كلوريد الباريوم مع محلول كبريتات الصوديوم فإن الناتج وهو كبريتات الباريوم تنفصل عن المحلول وتترسب ، بسبب صعوبة ذوبانها في الماء . لهذا يتم هذا التفاعل بالكامل .

مثال :

مثال لتفاعل توازن يتم في اتجاه واحد نجده في تفاعل كلوريد الأمونيوم مع هيدروكسيد الصوديوم حيث ينتج غاز الأمونيا ويترك المحلول :

تلعب تلك التفاعلات دورا هاما في الكيمياء التحليلية.

تتحلل بعض المركبات الغير عضوية عند ارتفاع درجة الحرارة منتجة غازات تنفصل عنها . ومن تلك الأمثلة مثال صناعة الجبس من الجص حيث يتحول كربونات الكالسيومفي المحمصة إلى أكسيد الكالسيوم ويتطاير غاز ثاني أكسيد الكربون .

بعد تكسير الجص إلى قطع صغيرة يرسل إلى التحميص ويوضع في الفرن عند درجة حرارة نحو 130 درجة مئوية ويبقى في الفرن لفترة كافية ريثما يـُطرد 3/4 الماء الذي بداخله ، فتصبح صيغته الكيميائية: CaSO₄.1/2H₂O طبقا للتفاعل :

CaSO4.2H2O+حرارة = CaSO4.1/2H2O+1.5H2O

اتجاه سير التفاعل من اليمين إلى اليسار. ويتم كاملا نظرا لانفصال الماء وتبخره .

*انواعها:

1-الكيمياء اللاعضوية الوصفية:

تهتم الكيمياء اللاعضوية الوصفية بتصنيف المركبات العضوية بناء على خواصها. من هذه التصنيفات:

أ-مركبات المجموعة الرئيسية, Main group compounds

ب-المركبات العقدية, Coordination compounds

ج-مركبات العناصر الانتقالية, Transition metal compounds

د-المركبات العنقودية, Cluster compounds

ه-المركبات العضوي الفلزية, Organometallic compounds

و-المركبات اللاعضوية الحيوية, Bioinorganic compounds

ز-مركبات الحالة الصلبة, Solid state compounds

2-الكيمياء اللاعضوية النظرية

تبدأ الكيمياء اللاعضوية النظرية من دراسة نموذج بور للذرة وباستخدام الكيمياء النظرية والكيمياء الحسابية يمكن بناء جزيئات بسيطة وأخرى معقدة.

من أهم النظريات في الكيمياء اللاعضوية النظرية:

أ-نظريات كيفية Qualitative theories

ب-نظرية مجموعة التماثل الجزيئي Molecular symmetry group theory

3-الكيمياء اللاعضوية الميكانيكية:

أ-عناصر المجموعة الرئيسية واللانثانيدات Main group elements and lanthanides

ب-العناصر الانتقالية العقدية Transition metal complexes

4-الكيمياء اللاعضوية الصناعية:

يمكن تصنيف المركبات الغيرعضوية الصناعية تبعا لقابلية الذوبان والتطاير. وفقا لإحصائيات 2005 تعتبر أشهر المركبات اللاعضوية التي يمكن صناعتها في كل من كندا, أوروبا, الصين, اليابان والولايات المتحدة كمايلي: كبريتات الألمنيوم, الامونيا, نيترات الأمونيوم, كبريتات الأمونيوم, اسود الكربون, الكلور, حمض الهيدروكلوريك, الهيدروجين, بيروكسيد الهيدروجين, حامض النتريك, النتروجين, الاوكسجين, حمض الفسفوريك, كربونات الصوديوم,كلورات الصوديوم, هيدروكسيد الصوديوم, سيلكات الصوديوم, كبريتات الصوديوم, حمض الكبريتيك, وأكسيد التيتانيوم.

الكواشف الكيميائية

الكواشف الكيميائية

الكواشف ، مثل الكبريت S (المّصور)، عبارة عن مواد بادئة تستخدم في التفاعلات الكيميائية

*مفهوم الكواشف الكيميائية:

الكاشف الكيميائي عبارة عن " مادة أو مركب يتمّ إضافتها للنظام من أجل إحداث تفاعل كيميائي أو تُضاف لمشاهدة حدوث التفاعل ".وعلى الرغم من أن مصطلحات متفاعل و كاشف غالباً ماتستخدم بالتبادل ، المتفاعل أقل تحديداً " مادة تُستهلك في سياق التفاعل الكيميائي ". وعلى الرغم من أن المذيبات والمواد الحفازة تتضمن في التفاعل ، إلا أنها عادة لايُشار لها بالمتفاعلات .

في الكيمياء العضوية ، الكواشف هي مركبات أو مخاليط ، عادة ما تتألف من جزيئات غير عضوية أو جزيئات عضوية صغيرة ، والتي يتم استخدامها للتأثير على تحول الركيزة العضوية . تتضمن أمثلة الكواشف العضوية كاشف كولينز ، كاشف فينتون ، و كاشف غرينيار . وهناك أيضاً الكواشف التحليلية التي تستخدم لتأكيد وجود مادة أخرى . ومن أمثلة هذه الكواشف هي كاشف فهلنج ، كاشف ميلون و كاشف تولنز .

وفي استخدام آخر لهذا المصطلح ، عند شراء أو إعداد المواد الكيميائية ، نوعية الكاشف توضح المواد الكيميائية كافية النقاوة لاستخدامه في التحليل الكيميائي ، التفاعلات الكيميائية أو الاختبار الفيزيائي . تمّ وضع معايير لنقاوة الكواشف من خلال المنظمات مثل الجمعية الأمريكية لاختبار المواد الدولية (ASTM) . على سبيل المثال ، جودة الكاشف المائية يجب أن تمتلك مستويات منخفضة جداً من الشوائب مثل أيونات الصوديوم و الكلوريد ، السيليكا ، والبكتيريا ، بالإضافة إلى مقاومتها الكهربائية العالية جداً .

*اهم الكواشف الكيميائية:

1-ماء الجير : يشبع الماء بهيدروكسيد الكالسيوم ثم يرشح ويحفظ في زجاجات محكمة الغطاء

2-ماء البروم ضع( 11 مل) من البروم مع لتر من الماء المقطر

3-محلول اليود : يذاب( 20 جم) من يوديد البوتاسيوم في( 30 مل) ماء مقطر ثم يضاف( 7و12 )من اليود النقي ويكمل بالماء المقطر الى لتر مع التحريك

4-محلول اليود الكحولي :

أ)يذاب (6جم) يود في (500 مل ) كحول ايثيلي تركيزة 95%

ب)يذاب (30 جم ) كلوريد الزئبقيك في (500مل) كحول ايثيلي تركيزة 95%

ج)يضاف 1 الى 2 ويخلط جيدا ويوضع في عبوة محكمة الاغلاق

5-محلول فهلنج أ : يذاب 6و34جم من كبريتات النحاس في 500 مل ماء مقطر

6-محلول فهلنج ب : يذاب 173 جم من ملح روشيل "طرطرات صوديوم بوتاسيوم" مع 52 جم هيدروكسيد صوديوم في 500 مل ماء مقطر

&&ملاحظة / في غياب ملح روشيل فإن محلول الطرطرات يستبدل بالاتي :_ 121 جم من هيدروكسيد الصوديوم و 39.1 جم حمض طرطريك مذاب في 400مل ماء مقطر ثم يستكمل المحلول الى 500مل

7-محلول النشاء : يخلط 2جم من النشاء مع قليل من الماء البارد ونحركة حتى نحصل على عجينة رخوة , نضيف 150 مل ماء مغلي ونستمر في الغليان لمدة (5_10) يترك المحلول ليبرد ثم نفصل المحلول الرائق

8-دليل الفينولفثالين phph : يضاف 2 جم من الفينولفثالين الى 600مل كحول ايثيلى ويكمل بالماء المقطر الى لتر

9-دليل الميثيل البرتقالي : يذاب 1 جم من الميثيل البرتقالي في قليل من الكحول الايثيلي ثم يكمل الى لتر بالكحول المخفف بالماء المقطر ( بنسبة 1:1).

10- دليل الميثيل الاحمر : يذاب 1جم من الميثيل الاحمر في لتر من الماء الساخن أو يذاب 1جم منه في 600 كحول ايثيلي ويكمل الى لتر بالماء المقطر

الفسفرة المؤكسدة

الفسفرة المؤكسدة

مفهوم الفسفرة المؤكسدة:

الفسفرة المؤكسدة (أو OXPHOS باختصار) هو المسار الأيضي يستخدم الطاقة المنطلقة من أكسدة من المواد الغذائية لإنتاج أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP). على الرغم من أن العديد من أشكال الحياة على الأرض استخدام مجموعة من المواد الغذائية المختلفة، وكلها تقريبا الكائنات الهوائية تنفيذ الفسفرة المؤكسدة لإنتاج ATP، جزيء أن إمدادات الطاقة إلى عملية التمثيل الغذائي . هذا المسار هو على الارجح انتشارا ذلك لأنه هو وسيلة ذات كفاءة عالية على إطلاق طاقة، مقارنة بديلة التخمير اللاهوائي مثل عمليات تحلل .

خلال الفسفرة المؤكسدة، يتم نقل الإلكترونات من الجهات المانحة الإلكترون إلى يقبلون الإلكترون مثل الأكسجين ، في تفاعلات الأكسدة والاختزال . هذه الطاقة الافراج عن تفاعلات الأكسدة والاختزال، والذي يستخدم لتشكيل ATP. في حقيقيات النوى ، وتتم هذه التفاعلات الأكسدة بها سلسلة من المجمعات البروتين داخل الجدار intermembrane الخلية الميتوكوندريا ، في حين، في بدائيات النوى ، توجد هذه البروتينات في الفضاء intermembrane الخلايا. وتسمى هذه المجموعات ترتبط البروتينات سلاسل نقل الإلكترون . في حقيقيات النوى، تورط خمسة مجمعات البروتين الرئيسي، في حين أنه في بدائيات النوى الإنزيمات عديدة ومختلفة موجودة، وذلك باستخدام مجموعة متنوعة من الجهات المانحة الإلكترون ويقبلون.

يتم استخدام الطاقة المنطلقة من الإلكترونات التي تتدفق من خلال هذه سلسلة نقل الإلكترون لنقل البروتونات عبر غشاء الميتوكوندريا الداخلية ، في عملية تسمى تناضح كيميائي . هذا يولد الطاقة الكامنة في شكل الرقم الهيدروجيني التدرج و الجهد الكهربائي عبر هذا الغشاء. هو استغلالها في هذا المتجر من الطاقة من خلال السماح لتدفق البروتونات عبر الغشاء مرة أخرى وعلى هذا التدرج، من خلال عدد كبير انزيم يسمى ATP سينسيز . هذا الانزيم يستخدم هذه الطاقة لتوليد ATP من ثنائي فوسفات الأدينوزين (ADP)، في الفسفرة التفاعل. هذا هو الدافع رد فعل من جانب تدفق بروتون، الأمر الذي يفرض على التناوب لجزء من الانزيم، وسينسيز ATP هو محرك الروتاري الميكانيكية.

على الرغم من الفسفرة المؤكسدة هو جزء حيوي من عملية التمثيل الغذائي ، وتنتج أنواع الاكسجين التفاعلية مثل الفائق و فوق أكسيد الهيدروجين ، مما يؤدي إلى انتشار الجذور الحرة ، وإلحاق أضرار الخلايا وتساهم في المرض ، وربما الشيخوخة ( الشيخوخة ). الانزيمات تنفيذ هذا المسار الأيضي أيضا هدف العديد من الأدوية والسموم التي تمنع أنشطتها.

نظرة عامة على نقل الطاقة من خلال تناضح كيميائي:

الفسفرة المؤكسدة يعمل باستخدام طاقة التفاعلات الكيميائية بين الافراج عن الطاقة لدفع تتطلب ردود فعل: ويقال إن مجموعتي ردود الفعل على أن يقترن. هذا يعني أنه لا يمكن أن يحدث دون الآخر. تدفق الإلكترونات عبر سلسلة نقل الإلكترون، من الجهات المانحة الإلكترون مثل NADH إلى يقبلون الإلكترون مثل الأوكسجين ، هو exergonic العملية - أنه يطلق طاقة، في حين أن تركيب ATP هو ماص للطاقة عملية، الأمر الذي يتطلب مدخلا للطاقة. هي جزء لا يتجزأ كل من سلسلة نقل الإلكترون وسينسيز ATP في الغشاء، ويتم نقل الطاقة من سلسلة نقل الإلكترون إلى سينسيز ATP عن طريق تحركات البروتونات عبر هذا الغشاء، في عملية تسمى تناضح كيميائي . وفي الممارسة العملية، وهذا هو مثل بسيطة الدوائر الكهربائية ، مع تيار من البروتونات طردهم من السلبية N-جانب من الغشاء إلى إيجابية P-الجانب من قبل الإنزيمات في ضخ البروتون سلسلة نقل الإلكترون. هذه الأنزيمات هي بمثابة البطارية ، لأنها تؤدي عمل لمحرك الأقراص الحالي من خلال الدائرة. حركة البروتونات يخلق الانحدار الكهروكيميائية عبر الغشاء، وهو ما يسمى في كثير من الأحيان قوة الدافع البروتون. فقد اثنين من عناصر هي: اختلاف في تركيز البروتون (أ + H الانحدار، ΔpH) والفرق في الجهد الكهربي .، مع الجانب-N وجود شحنة سالبة

ATP سينسيز يطلق الطاقة المخزونة هذا من خلال استكمال الدائرة والسماح لتدفق البروتونات أسفل التدرج الكهروكيميائية، والعودة إلى الجانب-N من الغشاء. وهذا يدفع الطاقة الحركية تناوب جزءا من هيكل الانزيمات والأزواج لهذا الاقتراح تركيب ATP.

عنصرين من قوة البروتون هي الدافع الحرارية يعادل: في الميتوكوندريا، يتم توفير الجزء الأكبر من الطاقة من قبل المحتملة؛ في alkaliphile البكتيريا الطاقة الكهربائية لديها حتى للتعويض عن فرق درجة الحموضة العكسية مواجهة. عكسيا، البلاستيدات الخضراء تعمل أساسا على ΔpH. ومع ذلك، فإنها تتطلب أيضا إمكانية غشاء صغير لحركية توليف ATP. على الأقل في حالة المغزلية P. modestum أنه يحرك مكافحة تناوب الوحدات الصغرى ألف وجيم للمحرك F 0 من سينسيز ATP. [2]

كمية الطاقة الصادرة عن الفسفرة المؤكسدة عالية، مقارنة مع الكمية المنتجة من قبل التخمير اللاهوائي . تحلل جزيئات تنتج فقط 2 ATP، ولكن في مكان ما ويتم إنتاج ما بين 30 و 36 ATPS من الفسفرة المؤكسدة من NADH 10 و 2 جزيئات سكسينات الذي أدلى به تحويل جزيء واحد من الجلوكوز إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، بينما كل دورة من أكسدة بيتا من الأحماض الدهنية غلة حوالي 14 ATPS. هذه هي القيم ATP غلة القصوى النظرية، في الممارسة العملية، بعض البروتونات عبر غشاء تسرب، وتخفيض العائد من ATP.

الضوء

الضوء

*مفهوم الضوء:

الضوء أو الضوء المرئي هو إشعاع كهرومغناطيسي مرئي للعين البشرية، ومسؤول عن حاسة الابصار. للضوء المرئي طول موجي يقع بين نحو 740 نانومتر (الضوء الأحمر) و380 نانومتر (الضوء البنفسجي) مع تردد يقع بين نحو 790 تيرا هيرتز و 405 تيرا هيرتز، والعين تستطيع رؤية الأجسام غير الشفافة من خلال انعكاس الضوء عليها، يشير مصطلح الضوء عادة إلى الاشعاع الكهرومغناطيسي بأي طول موجي سواء كان مرئيا أو لا. كلمة الضوء تطلق على هذا الحيز الوسطي من طيف الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يمتد من الموجات الراديوية (أو موجات الراديو) المستعملة في إرسال الراديو بطول موجة بين السنتيمتر وعدة كيلومترات، ويمتد من الناحية الأخرى للأشعة تحت الحمراء ثم إلى الطيف المرئي ثم إلى الأشعة الفوق بنفسجية، إلى الأشعة السينية، ثم إلى أشعة جاما التي تصدر من أنوية الذرات ولها طاقات عالية تُقاس بالمليون إلكترون فولت MeV ودرجة نفاذ عالية. الخصائص الأساسية للضوء هي الشدة، اتجاه الانتشار، التردد أو الطول الموجي للطيف، والاستقطاب، في حين أن سرعة الضوء في الفراغ، 299,792,458 م/ث (حوالي 300,000 كم/ث)، هي واحدة من الثوابت الأساسية في الطبيعة. يعرض الضوء الذي يشع ويمتص في هيئة حزم صغيرة تدعى الفوتونات كلا من خصائص الموجات والجزيئات. يشار إلى هذه الخاصية بالازدواجية الموجية الجزيئية. تعد دراسة الضوء، والمعروفة بعلم البصريات، مجال بحث ذوأهمية في الفيزياء الحديثة.

*سرعة الضوء:

عرفت سرعة الضوء بالفراغ بكونها تساوي بالضبط 299,792,458 م/ث (تقريباً 186,282 ميل/ث). نتجت السرعة الثابتة للضوء في نظام الوحدات الدولي من حقيقة أن المتر أصبح يعرف الآن على أنه المسافة التي يقطعها الضوء خلال زمن قدره 1/299,792,458 ثانية. عبر التاريخ حاول الكثير من الفيزيائيين قياس سرعة الضوء ومن ضمنهم جاليليو في القرن السابع عشر. أجريت إحدى التجارب المبكرة لقياس سرعة الضوء بواسطة الفيزيائي الدنماركي أوول رومو في العام 1676 م. باستخدام المقراب، رصد رومر المشتري وأحد أقماره، إيو. ملاحظاً تناقضاَ في فترة الظهور لمدار إيو، تمكن رومر من حساب أن الضوء يلزمه 22 دقيقة لاجتياز قطر مدار الأرض. لسوء الحظ لم تكن قيمة قطر مدار الأرض معروفة في ذلك الوقت، ولو علم رومر قيمة قطر مدار الأرض لتوصل إلى سرعة للضوء تساوي 227,000,000 م/ث. أجريت في أوروبا تجربة أخرى أكثر دقة لقياس سرعة الضوء على يد هيبوليت فيزو في العام 1849 م. حيث وجه فيزو حزمة من الضوء إلى مرآة تبعد عدة كيلومترات. بوضع ترس دوار في مسار سفر الضوء من المصدر إلى المرآة وبالعكس وجد فيزو عند معدل دوران محدد بأن الضوء سيعبر خلال إحدى فجوات الترس في طريقه إلى المرآة وسيعبر في الفجوة القادمة على الترس في طريق العودة إلى المصدر. بمعرفة المسافة إلى المرآة، عدد أسنان الترس، ومعدل الدوران، تمكن فيزو من حساب سرعة للضوء تساوي 313,000,000 م/ث. أجرى ليون فوكو تجربة باستخدام مرايا دوارة لتحدد سرعة للضوء تساوي 298,000,000 م/ث في العام 1862 م. أجرى ألبرت ميكلسون تجارب لقياس سرعة الضوء خلال الفترة بين عام 1877 م وحتى وفاته عام 1931 م. حيث كرر طريقة فوكو باستخدام مرايا دوارة مطورة لقياس الزمن اللازم للضوء لاتمام رحلة ذهاب وعودة من ماونت ويلسون إلى ماونت سان انطونيو في كاليفورنيا. أسفرت القياسات الدقيقة عن سرعة للضوء تساوي 299,796,000 م/ث.

*انكسار الضوء:

الضوء هو موجة عرضية كهرومغناطيسية. ويعد الانعكاس وانكسار الضوء وانحرافه، والتضارب أهم ظاهرة يتم ملاحظتها عن طريق الموجات. وتتحرك الموجة الميكانيكية المتكررة التي تعتبر بمثابة اضطراب أو تشويش متكرر من خلال موجة متوسطة. وتتحرك الموجة المتوسطة في أي مكان. كما تتقلب الذرات الفردية والجزيئات في موضعهم المتوازن، حيث لم يتغير موضعهم المتوسط. كما تنقل هذه الذرات الفردية والجزيئات بعض من طاقتهم لجيرانهم عند التفاعل معهم. وفي المقابل تنقل الذرات المجاورة طاقتها للذرات الأخرى التي تجاورهم أسفل الخط.وبذلك يتم نقل الطاقة بهذه الطريقة من خلال الموجات المتوسطة، دون نقل أي مواد أخرى. وبالتالي، تعتبر كل نقطة علي واجهة الموجة هي مصدر النقاط التي تعمل علي إنتاج موجات جديدة. وفي الثلاث أبعاد، تعتبر هذه الموجات الجديدة موجات كروية حيث تسمي (بالمويجات) التي تنتشر نحو الخارج بسرعة الموجات الموجودة في محيط الموجات المتوسطة. كما تنبعث المويجات عن طريق النقاط الموجودة علي واجهة الموجة حيث تتداخل مع كل مويجة(تصغير موجة) لتنتج الموجة المهاجرة أو المغادرة. وتسمي هذه القاعدة (بقاعدة هيجيين). وتقوم هذه القاعدة بالتحكم في الموجات الكهرومغناطيسية. وعندما نتعرض لدراسة انتشار الضوء، فإننا نحل أي واجهة موجيه محل مزيج من المصادر التي تم اضطرابها اعلي الواجهة الموحية، حيث يشع الضوء في هذه المرحلة نقطة علي صدر الموجة واجهة الموجة الأصلية واجهة الموجة الجديدة. وتمثل واجهة الموجة الموجودة علي الناحية الأخرى من الفتحة صدر الموجة الموضح بالأسفل، وذلك عندما يمر الضوء من خلال الفتحة الصغيرة، حيث يتماثل حجم الفتحة مع طول الموجة الضوئية. وينتشر الضوء علي حدود الحائل أو العارض. ويعتبر هذا العارض هو ظاهرة انحراف الضوء.

*تاريخ الضوء:

شكل اهتمام نيوتن بالميكانيكا دافعًا شديدًا لتفسير تركيبة الضوء على أساس ميكانيكي بحت. فقد افترض نيوتن أن الضوء عبارة عن جسيمات صغيرة تسير وفق خطوط مستقيمة ما لم يعترضها مانع ما. من الناحية التجريبية فقد كانت خواص الضوء، كالانعكاس على سطح مصقول والانكسار على سطح الماء معروفة في ذلك الوقت لذا كان على نيوتن إعطاء تفسير لهذه الظواهر على أساس نظريته الجسيمية. وحسب نيوتن فإن انعكاس الضوء على السطوح المصقولة بحيث تكون زاوية الانعكاس تساوي زاوية السقوط سببه التصادم المرن لهذه الجسيمات وارتدادها بنفس كمية الحركة. أما انكسار الأشعة الضوئية، فقد فسره باختلاف القوى المؤثرة على الجسيم في كلا الوسطين. لقد لاقت أفكار نيوتن نجاحًا في أول الأمر لكن سرعان ما اكتشفت ظواهر جديدة تناقض هذه الأفكار، لعل أهمها يتلخص في ظاهرة حيود الضوء. حيث إذا ما سلطنا منبع ضوئي على حاجز به ثقب فالملاحظ على شاشة وراء هذا الحاجز ظهور بقعة ضوئية أعرض من الثقب ويزداد حجمها كلما ابتعدنا عن الثقب. هذا يتعارض كلية مع قوانين نيوتن للحركة. فإذا افترضنا أن الضوء عبارة عن جسيمات تسير في خط مستقيم فإن ذلك يعني أن حجم البقعة الضوئية سيساوي حجم الثقب لأن الحاجز سوف يمنع الجسيمات التي لم تمر عبر الثقب من العبور. هذا دفع هوغنس إلى نتيجة أن الضوء عبارة في الحقيقة عن أمواج تنتشر في الفضاء بحيث تصبح كل نقطة من صدر الموجة بدورها منبع لموجة أخرى. ثم جاء اكتشاف آخر ليدعم فرضية الطبيعة الموجية للضوء، ألا وهو ظاهرة التداخل في تجربة شقي يونغ، حيث تسلط حزمة ضوئية على حاجز به شقين عرضهما بضع ملليمترات والمسافة بينهما بضعة سنتيمترات، ووضعت شاشة مشاهدة للأشعة خلف الحاجز. وكانت نتيجة التجربة مذهلة فقد لوحظ على الشاشة مساحات عديدة مضيئة مستطيلة مثل الشقين وأخرى مظلمة بحيث يكون ظهورها متناوبا ،أي مضيئ مظلم مضيئ مظلم وهكذا. أثر الظاهرة كان أوضح كلما كان حجم الشقين أصغر ويختفي تماما إذا ما زاد حجمهما عن بضع عشرات من المليمترات. وكان هذا دليلا على الطبيعة الموجية للضوء.

*طبيعة الضوء وانتشاره:

ينتشر الضوء موجيًّا في جميع الاتجاهات وبسرعة فائقة جدًّا لدرجة أنه لا يوجد في حياتنا اليومية أي شيء يدعونا للقول إنه يتحرك أسرع من الضوء. ويكون انتشار الضوء في خطوط مستقيمة. لذلك فان لكل جسيم ظلعند سقوط الضوء عليه أو على أي شي يصدر منه، لذلك يمكن القول بأن انتشار الضوء في خطوط مستقيمة هو مبدأ علمي يتحقق من مشاهدة الظل، وكذلك فإن تجمع الضوء بالعدسات وبالكاميرات هو تطبيق لهذه الحقيقة. تختلف حساسية العين باختلاف الطاقة الإشعاعية المستقبلة من الأجسام المضيئة أو المرئية، والعين قادرة على التمييز بين الألوان المختلفة المكونة لضوء العادي ضوء الشمس المرئي الواصل لسطح الأرض حيث لكللون خواص مختلفة عن اللون الآخر. ويقع حد حساسية العين في التمييز أو الرؤية للألوان أي للموجات الضوئية بين الضوء الذي طول موجته (4000A أو 400 نانو متر) إلى (7000A أو 700 نانومتر) أي هاتين القيمتين هما حدود الإحساس بالرؤية. لكن للعين أيضًا أن تكشف ضوء بطول موجة خارج عن هذه الحدود إذا كانت شدة الضوء عالية لدرجة كافية. ويستخدم الألواح الفوتوغرافية والكاشفات الإلكترونية الحساسة للكشف عنالإشعاع بدلاً عن العين البشرية وخاصة خارج الحدود المذكورة (4000-7000A) هذه الحدود تعرف بحدود الضوء المرئي (visible light).

وحسب تعريفنا السابق للضوء فيمكن أن نعرّف طبيعة الضوء استنادًا إلى معادلات ماكسويل ونظرية الكهرومغناطيسية بأنه عبارة عن اضطراب كهرومغناطيسي ينتشر على هيئة موجات مستعرضة، جزء منها يتغير فيها الجهد الكهربي دوريًّا، والجزء الآخر يتغير فيه المجال المغناطيسي دوريًّا أيضًا وبنفس معدل تغير الجهد الكهربي. والاثنان متعامدان على بعضهما.

موجة يتغير فيها المجال الكهربي E متعامدا على موجة يتغير فيها مجال مغناطيسي B.
وتنتشر الموجة في الاتجاه k العمودي على المستوي الذي ينغير فيه المجالان (أي من اليسار إلى اليمين)

موجة يتغير فيها المجال الكهربي E متعامدا على موجة يتغير فيها مجال مغناطيسي B. وتنتشر الموجة في الاتجاه k العمودي على المستوي الذي ينغير فيه المجالان (أي من اليسار إلى اليمين)

وتتميز الموجة الكهرومغناطيسية عامة بالعوامل التالية :

1- سعة الموجة (a) بالمتر.

2- طول الموجة (λ) بالمتر.

3- سرعة الموجة (υ) متر/ثانية.

4- التردد (f) هرتز أي دورة/ثانية.

5- العدد الموجي (k) أي عدد الموجات لكل وحدة طول والذي يساوي (2Π/ λ) (متر) (-1).

6- الترددالزاوي (ω) والذي يساوي (ω=2Πf).

العلاقة الخاصة بسرعة الموجات تعطى كالتالي (υ=λ.f)، وفي حالة الموجات الكهرومغناطيسية تكون العلاقة c =λ.f حيث c سرعة الضوء في الفراغ. وهي تقدر بنحو 300000 كيلومتر / ثانية.

وقد أثبت أينشتين في النظرية النسبية أن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة لا تتغير، وأنها أعلى سرعة على الإطلاق ولا تستطيع الأجسام الوصول إليها. حيث أن الأجسام تزيد كتلتها كلما إقتربت سرعتها من سرعة الضوء.

وفي علم البصريات والموجات تقاس الأطوال بوحدات صغيرة جداً والمستخدم هو الميكرومتر μm، والمللي ميكرومتر mm، أو النانومتر nm، أو الانجستروم A، حيث :

1A=10 (-10) meter

1μ=10 (-6) meter

1 nm = 10 (-3)µm=10 (-9) meter

فمثلاً طول الموجة الضوء الأصفر هي (5890A) وهي ضمن حدود حد الرؤية (4000A-7000A) ومنبع الضوء حولنا هي الشمس وهذا لا يعني أن الشمس فقط هي مصدر الضوء الوحيد، فالنجوم والمجرات تـُصدر ضوءا. وفى حياتنا اليومية نحصل على الضوء بواسطة الكهرباء والمصابيح. ولاننسى النار فهي أيضا مصدر للضوء.

ضوء== سرعة الضوء ==

كان الفلكيون يعتقدون أن الضوء ينتقل بسرعة لانهائية كما كان يُعتقد أن أي حدث يحدث في أي مكان في الكون يلاحظ في جميع النقاط الأخرى في الكون في الوقت ذاته. ويٌقال أن جاليلو قد حاول أن يقيسسرعة الضوء عام 1600 م ولكنة لم ينجح في تلك الفترة إلا بعد محاولات متعددة وأقتنع أن سرعة الضوء لانهائية أي لا يوجد شي أسرع من الضوء. ولكن في عام 1849 م نجح العالم فيزو بإعطاء قيمة لسرعة الضوء على كوكب الأرض. أما في الفضاء فان سرعة الضوء المطلقة هي (3exp8 m/s). وفي الأوساط المادية فينتقل الضوء بسرعة معتمدة على خواص الوسط. والعلاقة بين سرعة الضوء في الوسط (v) وسرعة الضوء في الفراغ c هي:

(c/n) == v == c.(ε.μ) (1/2)

حيث (v) سرعة الضوء في الوسط المادي.

وc سرعة الضوء في الفراغ وهي تساوي (3exp8 m/s).

و(ε) معامل السماحية الكهربائية أي (معامل سماح المجال الكهربائي للوسط).

و(μ) معامل النفاذيه المغناطيسية أي (معامل النفاذ للمجال المغناطيسي للوسط).

و (n=(c/v معامل الانكسار للوسط حيث يمثل النسبة سرعة الضوء بالفراغ وسرعة الضوء في الوسط أو (n^2= ε.μ) لذلك قيمته دائماً أكبر من الواحد.

سرعة الضوء في الماء هي ثلاثة أرباع سرعة الضوء في الفراغ. سرعة الضوء في الزجاج هي ثلثي سرعة الضوء في الفراغ.

حسبت سرعة الضوء بالفراغ وكانت القيمة المحسوبة 299،792،458 متر في الثانية، أما عند مرور الضوء في أوساط شفافة فان سرعته تقل كما أنه من الممكن ان يتعرض للانكسار والانعكاس حسب طبيعة الوسطين الذين يعبرهما.