حول الذرة

مقـدمـــة
* فرضية أنبـيـدوكل
كان (أنبيدوكل ديموقريطس) أَوّل من توصل لاكتشاف مفهوم المادة
على أنها جزيئات, وقد أطلق عليها اسم "الذرات" وذلك في عام 430
ق.م ،حيث أشار إلى مفهوم أو فكرة أنّ كل الأشياء مصنوعة من ذرات
أو بالمعنى الحرفى كل الأشياء مكونة من ذرات غير قابلة
للانقسام .كما اعتقد أن كل الذرات متماثلة وصلبة وغير قابلة
للانضغاط . وأن الذرات تتحرك بأعداد لا حصر لها فى فضاء فارغ .وأن
الاختلاف فى الشكل والحجم الذري يحدد الخصائص المختلفة لكل
مادة.

إن النظرية اليونانية عن الذرة لها مدلول تاريخى وفلسفى بالغ
الأهمية، إلا أنها ليست ذات قيمة علمية، ذلك أنها لم تقم على
أساس ملاحظة الطبيعة أو القياس أو الاختبارات أو التجارب.




I -تطور مفهوم الذرة عبر العصور

1 - ماذا قال دالتون في الذرة ؟

جاءت نظرية "دالتون Dalton " بشكل مختلف عما سبق ذلك كونها تعتمد على قوانين بقاء الكتلة والنسب الثابتة والتي اشتقت من العديد من الاستنتاجات المباشرة
يمكن التعبير عن النظرية التي اقترحها بالآتي :

* الأشياء (المواد ) تتكون من العديد من الجسيمات الغير قابلة للتجزئة( ذرات) ذات حجم صغير جداً .
* ذرات نفس العنصر متشابهة في الخواص (الشكل ، الحجم ، الكتلة )، وتختلف تماماً عن ذرات العناصر الأخرى .
* المركبات تتكون نتيجة اتخاذ الذرات بنسب محدودة .
* الاتحاد الكيميائي عبارة عن تغيير في توزيع الذرات .
لقد أثبتت نظرية دالتون نجاحها من خلال تفسيرها لبعض الحقائق القائمة في ذلك الزمان كما انها استطاعت ايضا التنبؤ ببعض القوانين الغير مكتشفة :
*اولاً : تتضمن هذه النظرية( قانون حفظ الكتلة ) : حيث ان التفاعل الكيميائى لايفعل شيئا سوى اعادة توزيع الذرات. ولم تفقد أي ذرة في هذة المنظومة وبالتالي تظل الكتلة ثابتة عند حدوث التفاعل الكيميائى.
*ثانياً : تفسر هذه النظرية ( قانون النسب الثابتة) : افترض دالتون أن مادة ما تتكون من عنصرين A و B. وان إي جزيئي من هذه المادة يتكون من ذرة واحدة من A وذرة واحدة من B يعرف الجزيء بأنه مجموعة ذرات مترابطة مع بعضها بقوة تسمح لها بالتصرف او اعادة التنظيم كجسيم واحد. افترض ايضا ان كتلة الذرة A تكون ضعف كتلة الذرة B وبالتالى فان الذرة A تساهم بضعف الكتلة التي تساهم بها الذرة B في تكوين جزيء واحد من هذه المادة الأمر الذي يعني أن نسبة كتلة الذرة Aإلى الذرة B هي 2/1 .مثال:
في مركب الماء نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين دائماً ثابتة

*ثالثاً : لقد تنبأت نظرية دالتون بقانون النسب المتضاعفة ( قانون النسب المتعددة):
عندما تتحد ذرة ما مع أخرى وتشكل أكثر من مركب فإن نسبة الأوزان لتلك الذرة التي تتحد مع واحد غرام من الذرة الأخرى يجب أن تكون نسبة بسيطة .

مثال: الأكسجين يتحد مع الكربون ويشكل مركب CO2، وزن الأكسجين الذي يتحد مع واحد جرام من الكربون في المركبين هو 2.66g للمركب الأول
و 1.33g للمركب الثاني ، نسبة هذه الأوزان هي :
2 = 2.66g
1 1.33g

وبهذا يكون دالتون أوّل من حسب أوزان ذرات لعدد من العناصر.
*خلاصة لنموذج دالتون

*تتألف المادة من دقائق صغيرة جدا لا تتجزأ تسمى الذرات

*تتشابه ذرات العنصر الواحد وتتساوى في الكتلة بينما تختلف ذرات العناصر المختلفة

*تتفاعل ذرات العناصر مع بعضها بنسب ثابتة لتشكيل المركبات


2-ماذا عن تجارب طومسون في الذرة؟

في عام 1896م أجرى "طومسون thomson" أبحاثاً حول أشعة الكاثود. وفي 30 أبريل 1897م، أدهش الأوساط العلمية بإعلانه عن أن الجسيمات المكونة لأشعة الكاثود هي أصغر حجماً بكثير من الذرات، وقد سميت هذه الجسيمات بالإلكترونات.
وفي عام 1897م أظهر اكتشاف الالكترونات للعالم "طومسون" أن المفهوم القديم عن الذرة منذ ألف عام، والذي ينطوى عليها على أنها جسيم غير قابل للإنقسام كان مفهوماً خاطئاً، كما أظهر أيضاً أن للذرة - فى الواقع- ترتيب معقد . وأدّى اكتشاف "طومسون" عن الإلكترون ذو الشحنة السالبة إلى إثارة الإشكاليات نظرية لدى الفيزيائيين لأن الذرات ككل - تحمل شحنات كهربائية متعادلة فأين الشحنة الإيجابية التي تعادل شحنة الإلكترون.
وفى الفترة ما بين عامي (1903 - 1907) حاول"طومسون" أن يحل هذا اللغز السابق ذكره عن طريق تكييف نموذج للذرة والتى اقترحها فى المقام الأول "اللورد كيلفن" فى عام 1902، وطبقاً لهذا النموذج والذي يشار إليه غالباً بنموذج "كرة معجونة وبها بعض حبوب الزبيب"( حيث الحلوى والفاكهة, وأدعى أن الذرة عبارة عن نطاق موجب مستدير بعض الشئ بداخله إلكترونات متناهية الصغر شبيهة بحبات الزبيب.)فإن الذرة غالباً هنا عبارة عن كرة ذات شحنة موجبة متماثلة أما الشحنات السالبة فإنها منتشرة على الإلكترونات مثل الزبيب المدفون فى كرة عجين . وترجع أفضلية نظرية " طومسون" عن الذرة في أنها ثابتة، فإذا لم توضع الإلكترونات فى مكانها الصحيح فستحاول أن تعود إلى مواضعها الأصلية ثانية.

وفى نموذج معاصر أيضاً نظر العلماء إلى الذرة على أنها مثل النظام
الشمسي أو مثل كوكب "زحل" ذو حلقات من الإلكترونات محيطة
بالشحنة الكهربية الإيجابية المركزة.


*نموذج الذرة الذي توصل إليه طومسون

*الذرة كرة مصمتة موجبة الشحنة .
*تتخلل الالكترونات السالبة الذرة ( كما تتخلل البذور ثمرة البرتقال ) .
*الذرة متعادلة كهربائياً .


في النهاية يكون عمل طومسون قد أحرز تقدماً أساسياً، حيث اعطى الكثير من البراهين العملية لكثير من النظريات التي وضعت حول البنية الذرية في عصره . و إقترح نموذجا في مجال الفهم العلمي لبنية الذرة عرف فيما بعد بنموذج طومسون.

3 - تجارب إيرنست روذرفورد في الذرة


افترض "راذرفورد" عام 1911م النموذج النووي للذرة معتبراً أن الذرة تتكون من كتلة صغيرة جداً وكثيفة جداً ذات شحنة موجبة تسمى النواة وتحتل مركز الذرة وتحتوي نواة الذرة على جميع البروتونات ولذا فان كتلة الذرة هي تعبير عن مجموع كتل البروتونات في نواتها (حيث أن قيمة كتل الإلكترونات صغيرة جداً....فهي قيم مهملة ) . كما أن شحنة النواة الموجبة ترجع إلى تمركز البروتونات الموجبة بها . وتتوزع الكترونات الذرة حول النواة بنفس الطريقة التي تتوزع بها الأجرام السماوية حول الشمس . وبما أن الذرة متعادلة لذا فعدد الالكترونات السيارة يساوي لعدد البروتونات بالنواة.

قام العالم "راذرفورد" بإجراء بعض من أبرز التجارب للوصول إلى حقائق تركيب الذرة . وقد اعتمد في تجاربه على استخدام جسيمات ألفا المنطلقة من مادة مشعة وفي اعتقاده أن المادة المشعة تطلق إشعاعاتها في كافة الاتجاهات وبلا حدود وهي تتكون من جسيمات ألفا (œ-particles) الموجبة الشحنة وجسيمات بيتا (ß-particles) السالبة الشحنة وأشعة جاما (y-rays) المتعادلة الشحنة . ويمكن اعتبار جسيمات ألفا تحمل على أنها ذرات للهليوم فقد منها إليكترونين ولذا فإن جسيمات ألفا تحمل شحنتين موجبتين ولها كتلة تساوي أربعة مرات كتلة ذرة الهيدروجين .

وقد ساعد "رذر فورد" على تنمية معرفتنا بالذرة ،عندما قام مع "هانز جيجر" بإجراء تجارب رقائق الذهب الشهيرة والتي أظهرت أن للذرة نواة صغيرة ولكنها تحتوى على كل الكتلة تقريباً.

لقد سمح راذرفورد بإطلاق حزمة رقيقة للغاية من جسيمات ألفا من مصدر مشع كعنصر البولونيوم بالمرور في اتجاه صفيحة معدنية رقيقة من الفضة أو الذهب ،وبعد اختراق تلك الجسيمات الصفيحة المعدنية استقبلها على لوح من كبرتيد الخارصين موضوع خلفها وكانت النتائج :

قام راذرفورد عمليا بإطلاق جسيمات "ألفا" خلال الرقائق الذهبية تصل سماكة الرقيقة الذهبية الواحدة الى حوالى 0.00004 سم فقط، ثم استقبل هذه الجسيمات كومضات ضوئية على شاشة الاستقبال ومرت معظم الجزئيات مباشرة عبر الرقائق فى حين انحرفت واحدة فقط من عشرين ألف جزئ (ألفا) إلى حوالى 45ْ م أو أكثر.
هذه التجربة شكلت ثورة علمية في المفهوم الذري وقتها وكانت الطريقة الوحيدة لقبول واستيعاب نتائج هذه التجربة هي فيما استطاع "راذرفورد" تفسيره على أن كامل كتلة الذرة تقريبا مجتمعة في المركز وتمتلك هذه النواة حجما صغيراً جداً مقارنة بحجم الذرة الكلية وقد توصل روذرفورد نتيجة ذلك إلى القول ((من خلال التفكير والدراسة أدركت أن هذا الارتداد المتفرق هي نتيجة حتمية للتصادم الفردي فعندما قمت بالعد وجدت أنه من المستحيل أن أحصل على أي نتيجة لهذا العدد الضخم، إلا إذا أخذت نظام يكون الجزء الأكبر من الكتلة من الذرة فيه مركزا بالنواة الدقيقة. وبعد كل هذا التحليل أستطيع القول بأنني قد توصلت إلى وجود ذرة ذات مركز دقيق جداً به أغلب الكتلة ويحمل شحنة موجبة تعادل شحنة الإلكترون . )) .

إن الطريقة الوحيدة التي مكنت راذرفورد من تفسير نتائج تجربته المدهشة وقدرة الجسيمات على المرور والإنحراف ضمن الذرة هي الاستنتاجات بأن :

أولاً : وجود فراغ كبير في الذرة دليل على عدم الانحراف الكلي للجسيمات .
ثانياً : احتواء الذرة بعض الجسيمات الثقيلة والمشحونة بشحنات موجبة وبالتالي فإن اقتراب جسيمات ألفا من هذه الجسيمات الموجبة قد تسبب في تنافر بسيط معها ، وبالتالي كان سببا في انحراف بعض جسيمات ألفا.
ثالثاً: تمركز الجسيمات الموجبة الشحنة بالذرة في وسطها مما سبب الانحراف الكلي لجسيمات ألفا (قليلة العدد نظراً لصغر حجم الفراغ الذي تشغله النواة ) المارة بمركز النواة . مما سبب الإنحراف الكبير لهذه الجسيمات.


*نموذج الذرة التي توصل إليها روذرفورد (النموذج النووي):


*الذرة تشبه المجموعة الشمسية ( نواة مركزية يدور حولها على مسافات شاسعة الالكترونات سالبة الشحنة )
*الذرة معظمها فراغ ( لأن الذرة ليست مصمتة وحجم النواة صغير جدا بالنسبة لحجم الذرة )
*تتركز كتلة الذرة في النواة ( لأن كتلة الالكترونات صغيرة جدا مقارنة بكتلة مكونات النواة من البروتونات والنيوترونات )
*يوجد بالذرة نوعان من الشحنة ( شحنة موجبة بالنواة وشحنات سالبة على الالكترونات
*الذرة متعادلة كهربيا لأن عدد الشحنات الموجبة ( البروتونات ) يساوي عدد الشحنات السالبة ( الالكترونات )
*تدور الالكترونات حول النواة في مدارات خاصة .
*يرجع ثبات الذرة الى وقوع الالكترونات تحت تأثير قوتين متضادتين في الاتجاه متساويتين في المقدار هما قوة جذب النواة للالكترونات وقوة الطرد المركزي الناشئة عن دوران الالكترونات حول النواة .

الإرتيابات في نموذج روذرفورد ......النووي !
اولاً : الذرة ليست متزنة ميكانيكياً حيث أن النواة الموجبة تقوم بجذب الالكترونات السالبة وتلتحم وتتعادل بفرض أن الالكترونات سالبة .
اذا كانت الالكترونات تدور حول النواة في مسار دائري تنشأ قوة مركزية تساوي ( ك ع2 / نق ) وبالتالي يتحرك الالكترون بتسارع مركزي ويكون مع النواة ثنائي متذبذب فيشع أمواجاً كهرومغناطيسية ويدور في مسار حلزوني الى أن يسقط في النواة .
ثانياً : بما أن الإلكترون يدور حول النواة ويكون معها زوجا متذبذباً اذاً الذرة تشع طيف مستمر متغير في التردد والطول الموجي وتتناقص طاقته تدريجيا وهذا يناقض مع التجارب العملية التي أثبتت أن الذرات تشع طيفاً خطياً له طول موجي محدد بدقــة.

4-وصـــولاً إلى نيلز بوهر...


في عام 1913م اقترح الفيزيائي الدنماركي "نيلز بوهر Bohr" نموذجًا للذرة تنتظم فيه الإلكترونات في مدارات متوالية الاتساع حول نواة صغيرة تتكون من البروتونات والنيوترونات. ويقترح بوهر أن الإلكترونات تدور حول النواة في مسارات دائرية وبمدارات محددة ، وطالما أنها في مداراتها فإنها تمتلك طاقة محددة وثابتة ، وتفقد جزء من طاقتها على شكل إشعاع ضوئي عند الانتقال من مدار أبعد إلى مدار أقرب من النواة ، والعكس صحيح ، فعند إعطاء الإلكترون كمية من الطاقة كالتسخين مثلا ، عندئذ يمكن أن ينتقل من مدار أقرب إلى مدار أبعد عن النواة بسبب امتصاصه هذه الطاقة . واعتقد بوهر بأن العديد من خواص العنصر تعتمد على( عدد) الإلكترونات الموجودة في المدار الخارجي لذرة ذلك العنصر.


ولقد ساعد نموذج بوهر للذرة على تفسير الكيفية التي تتفاعل بها الذرات مع الضوء والأشكال الأخرى للإشعاع. فقد افترض بور أن امتصاص وابتعاث (إطلاق) الضوء بوساطة الذرة يستلزم تغييرًا في وضع وطاقة الإلكترون فيقفز من مدار لآخر. وقد استطاع الكيميائيون الحصول على الكثير من المعلومات حول تركيب الجزيئات عن طريق قياس كمية الإشعاع التي تمتصها والتي تنبعث منها.




*افتراضات نيلز بوهر في نموذجه الذري :


1- الإلكترونات تدور حول النواة في مسارات دئرية الشكل وضمن مدارات محددة و لها طاقات ثابتة و محددة .
2- كل مدار له طاقة محددة وثابتة يعبر عنها بأرقام صحيحة من 1-7 سميت بالأعداد الكمية الرئيسية.
4- لا يفقد الإلكترون طاقة ما دام في مداره و إذا صعد لمدار أعلى فإنه يكتسب طاقة تسمى طيف امتصاص. و إذا نزل لمدار أدنى فإنه يفقد طاقة ضوئية تسمى طيف إنبعاث.


5 -أمّاالعالم شرودينغر........

في عام 1926، طور "إروين شرودينغر" ميكانيكا التموجات التي وصفت سلوك أنظمة الكم تجاه البوسونات, كما قدم ماكس بورن تفسيراً محتملاً لميكانيكا الكم, واقترح لويس تسمية الكم الضوئي ب"الفوتون".



خـــــــاتمة
مفهوم الذري الحديث
في النهاية توصل العلماء إلى تحديد مفهوم حديث للذرة،حيث يرجع أصل هذه الكلمة إلى الكلمة الإغريقية أتوموس (atoms), وتعنى غير قابل للانقسام ، وحتى القرن 19 حيث تم عرض تصور العالم " بوهر" ، كان الاعتقاد السائد أن الذرات جسيمات دقيقة للغاية وغير قابلة للإنقسام .
وقد عرّفت الذرة بأنها أصغر وحدة يمكن أن تنقسم إليها المادة بدون إطلاق أية جسيمات مشحونة كهربيه .
ومعظم جسم الذرة فارغ، وباقى الجسم يتكون من نواه موجبة وهي النواة المحتوية على عناصر تدعى النويات وهي البروتونات الموجبة (+)، ونيوترونات متعادلة الشحنة والنواة محاطة بالإلكترونات ذو الشحنة السالبة (-).
وتحتوى النواة الواحدة على أكثر من 99% من المادة الموجودة بالذرة ويمكن تمثيل حجم النواة بالمقارنة مع حجم الذرة في هذا المثال: أنه لو قدرت نواة ذرة الهيدروجين بحجم كرة تنس الطاولة فيمكن أن يبتعد عنها إليكترونها بثلاثة كيلومترات تقريبا .
[center][right]

العفو اختاه هذا زاجبنا..و الله ينجح كل الطلبة و الطالبات اميييييييييييييييين