نموذج رذرفورد الذري: التاريخ ، التجارب ، المسلمات - جسدي - بدني - 2026

و النموذج الذري روثرفورد هو وصف للذرة التي تم إنشاؤها من قبل الفيزيائي البريطاني إرنست رذرفورد (1871-1937) التي اكتشفت في عام 1911 عندما نواة الذرة من التجارب نثر الشهيرة التي أخذت اسمها.

كانت فكرة الذرة ("غير قابلة للتجزئة" باليونانية) كأصغر مكون للمادة ، ابتكارًا فكريًا ولد في اليونان القديمة ، حوالي 300 قبل الميلاد مثل العديد من المفاهيم اليونانية الأخرى ، تم تطوير مفهوم الذرة على أساس المنطق والجدل ، ولكن ليس التجريب.

نموذج رذرفورد الذري

كان من أبرز الفلاسفة الذريين ديموقريطس أبديرا (460 - 360 قبل الميلاد) ، أبيقور السامي (341 - 270 قبل الميلاد) ، وتيتوس لوكريتيوس (98 - 54 قبل الميلاد). لقد تصور الإغريق أربعة أنواع مختلفة من الذرات تتوافق مع العناصر الأربعة التي تشكل المادة وفقًا لها: الهواء والماء والأرض والنار.

أضاف أرسطو لاحقًا عنصرًا خامسًا: الأثير الذي شكل النجوم ، لأن العناصر الأربعة الأخرى كانت أرضية بحتة.

أدت فتوحات الإسكندر الأكبر ، الذي كان أرسطو معلمًا له ، إلى توسيع معتقداته في جميع أنحاء العالم القديم ، من إسبانيا إلى الهند ، وبالتالي ، لقرون ، كانت فكرة الذرة تخلق مكانًا خاصًا بها في عالم العلوم.

لم تعد الذرة غير قابلة للتجزئة

ظلت أفكار الفلاسفة اليونانيين حول بنية المادة صحيحة لمئات السنين ، حتى نشر الكيميائي الإنجليزي ومدرس المدرسة جون دالتون (1776-1844) نتائج تجاربه في عام 1808.

وافق دالتون على أن العناصر تتكون من جسيمات صغيرة للغاية تسمى الذرات. لكنه ذهب إلى أبعد من ذلك بالقول إن جميع ذرات نفس العنصر متساوية ، ولها نفس الحجم ، ونفس الكتلة ونفس الخصائص الكيميائية ، مما يجعلها تظل دون تغيير أثناء تفاعل كيميائي.

هذا هو أول نموذج ذري علمي. مثل الإغريق ، لا يزال دالتون يعتبر الذرة غير قابلة للتجزئة ، وبالتالي تفتقر إلى البنية. ومع ذلك ، أدت عبقرية دالتون إلى ملاحظة أحد مبادئ الحفظ العظيمة للفيزياء:

• في التفاعلات الكيميائية ، لا يتم إنشاء الذرات أو تدميرها ، إنها تغير توزيعها فقط.

وأسس الطريقة التي تتشكل بها المركبات الكيميائية بواسطة "ذرات مركبة" (جزيئات):

• عندما تتحد ذرتان أو أكثر من عناصر مختلفة لتشكيل نفس المركب ، فإنهم يفعلون ذلك دائمًا بنسب كتلة محددة وثابتة.

كان القرن التاسع عشر هو القرن العظيم للكهرباء والمغناطيسية. بعد سنوات قليلة من نشرات دالتون ، ألقت نتائج بعض التجارب بظلال من الشك على العلماء حول عدم قابلية الذرة للتجزئة.

أنبوب كروكس

كان أنبوب كروكس جهازًا صممه الكيميائي البريطاني وعالم الأرصاد الجوية ويليام كروكس (1832-1919). كانت التجربة التي أجراها كروكس عام 1875 عبارة عن وضع قطبين داخل أنبوب مملوء بالغاز عند ضغط منخفض ، أحدهما يسمى الكاثود والآخر يسمى الأنود.

من خلال إنشاء فرق جهد بين القطبين ، يتوهج الغاز بلون كان من سمات الغاز المستخدم. تشير هذه الحقيقة إلى وجود منظمة معينة داخل الذرة وبالتالي فهي ليست غير قابلة للتجزئة.

علاوة على ذلك ، أنتج هذا الإشعاع تألقًا ضعيفًا على جدار الأنبوب الزجاجي أمام الكاثود ، مما أدى إلى إزالة ظل علامة صليبية الشكل موجودة داخل الأنبوب.

كان إشعاعًا غامضًا يُعرف باسم "أشعة الكاثود" ، والذي كان ينتقل في خط مستقيم إلى الأنود وكان شديد النشاط ، وقادرًا على إحداث تأثيرات ميكانيكية ، وينحرف باتجاه صفيحة موجبة الشحنة أو أيضًا بواسطة المغناطيس.

اكتشاف الإلكترون

لا يمكن أن يكون الإشعاع داخل أنبوب كروكس موجات ، لأنه يحمل شحنة سالبة. توصل جوزيف جون طومسون (1856-1940) إلى الإجابة في عام 1887 عندما وجد العلاقة بين شحنة وكتلة هذا الإشعاع ، ووجد أنها كانت دائمًا كما هي: 1.76 × 10 ¹¹ درجة مئوية / كجم ، بغض النظر عن الغاز. محاطًا بالأنبوب أو المادة المستخدمة لصنع الكاثود.

أطلق طومسون على هذه الجسيمات كريات. بقياس كتلتها بالنسبة لشحنتها الكهربائية ، استنتج أن كل جسم أصغر بكثير من الذرة. لذلك ، اقترح أن يكونوا جزءًا من هؤلاء ، وبالتالي اكتشاف الإلكترون.

كان العالم البريطاني أول من رسم نموذجًا بيانيًا للذرة ، برسم كرة ذات نقاط مدرجة ، والتي ، نظرًا لشكلها ، أطلق عليها لقب "بودنغ البرقوق". لكن هذا الاكتشاف أثار أسئلة أخرى:

• إذا كانت المادة متعادلة ، والإلكترون لديه شحنة سالبة: أين في الذرة الشحنة الموجبة التي تحيد الإلكترونات؟
• إذا كانت كتلة الإلكترون أقل من كتلة الذرة ، فما الذي تتكون منه بقية الذرة؟
• لماذا تم الحصول على الجسيمات هكذا دائمًا إلكترونات وليس من نوع آخر؟

تجارب نثر رذرفورد: النواة الذرية والبروتون

بحلول عام 1898 ، كان رذرفورد قد حدد نوعين من الإشعاع من اليورانيوم ، والذي سماه ألفا وبيتا.

تم اكتشاف النشاط الإشعاعي الطبيعي من قبل ماري كوري في عام 1896. جسيمات ألفا موجبة الشحنة وهي مجرد نوى هيليوم ، ولكن في ذلك الوقت لم يكن مفهوم النواة معروفًا بعد. كان رذرفورد على وشك معرفة ذلك.

إحدى التجارب التي أجراها رذرفورد في عام 1911 في جامعة مانشستر ، بمساعدة هانز جيجر ، كانت عبارة عن قصف رقاقة ذهبية رفيعة بجزيئات ألفا ، شحنتها موجبة. حول الرقاقة الذهبية وضع شاشة فلورية سمحت لهم برؤية تأثيرات القصف.

ملاحظات

عند دراسة التأثيرات على شاشة الفلورسنت ، لاحظ رذرفورد ومساعدوه ما يلي:

1. مرت نسبة عالية جدًا من جسيمات ألفا عبر الصفيحة دون انحراف ملحوظ.
2. انحرف البعض بزوايا شديدة الانحدار
3. وعدد قليل جدا ارتد على طول الطريق

تجارب نثر رذرفورد. المصدر:.

فاجأت الملاحظتان 2 و 3 الباحثين وقادتهم إلى افتراض أن الشخص المسؤول عن تشتت الأشعة يجب أن يكون لديه شحنة موجبة وأنه بموجب الملاحظة رقم 1 ، كان هذا الشخص المسؤول أصغر بكثير من جسيمات ألفا..

قال رذرفورد نفسه عن ذلك إنه "… كما لو أنك أطلقت مقذوفًا بحريًا بحجم 15 بوصة على ورقة ، وارتدت المقذوفة وضربتك." هذا بالتأكيد لا يمكن تفسيره من خلال نموذج طومسون.

بتحليل نتائجه من وجهة النظر الكلاسيكية ، اكتشف رذرفورد وجود نواة الذرة ، حيث تتركز الشحنة الموجبة للذرة ، مما أعطاها حيادها.

واصل رذرفورد تجاربه في التشتت. بحلول عام 1918 كان الهدف الجديد لجزيئات ألفا هو ذرات غاز النيتروجين.

بهذه الطريقة اكتشف نوى الهيدروجين وعرف على الفور أن المكان الوحيد الذي يمكن أن تأتي منه هذه النوى كان من النيتروجين نفسه. كيف يمكن أن تكون نوى الهيدروجين جزءًا من النيتروجين؟

اقترح رذرفورد بعد ذلك أن نواة الهيدروجين ، وهو عنصر تم تحديده بالفعل بالرقم الذري 1 ، يجب أن تكون جسيمًا أساسيًا. أطلق عليها اسم البروتون ، وهي كلمة يونانية في المقام الأول. وهكذا ، فإن اكتشافات النواة الذرية والبروتون ترجع إلى هذا النيوزيلندي اللامع.

يفترض نموذج رذرفورد الذري

كان النموذج الجديد مختلفًا تمامًا عن طراز Thompson. كانت هذه افتراضاته:

• تحتوي الذرة على نواة موجبة الشحنة ، على الرغم من صغر حجمها ، إلا أنها تحتوي تقريبًا على كل كتلة الذرة.
• تدور الإلكترونات حول نواة الذرة على مسافات بعيدة وفي مدارات دائرية أو بيضاوية.
• صافي شحنة الذرة هو صفر ، لأن شحنات الإلكترونات تعوض الشحنة الموجبة الموجودة في النواة.

أشارت حسابات رذرفورد إلى نواة ذات شكل كروي ونصف قطر صغير يصل إلى ^10-15 مترًا ، وقيمة نصف القطر الذري أكبر بحوالي 100000 مرة ، نظرًا لأن النوى متباعدة نسبيًا: بترتيب ^10-10. م.

يونغ إرنست رذرفورد. المصدر: غير معروف ، نُشر عام 1939 في رذرفورد: كونه حياة وخطابات الرايت أونور اللورد روثرفورد ، أو م.

وهذا يفسر سبب مرور معظم جسيمات ألفا عبر الورقة بسلاسة أو كان لها انحراف ضئيل للغاية.

إذا نظرنا إلى ذرة رذرفورد بمقياس الأشياء اليومية ، فستتكون من نواة بحجم كرة بيسبول ، في حين أن نصف القطر الذري سيكون حوالي 8 كيلومترات ، لذلك يمكن اعتبار كل الذرة تقريبًا مساحة فارغة.

بفضل تشابهه مع نظام شمسي مصغر ، أصبح يُعرف باسم "النموذج الكوكبي للذرة". ستكون قوة التجاذب الكهروستاتيكي بين النواة والإلكترونات مماثلة لجاذبية الجاذبية بين الشمس والكواكب.

محددات

ومع ذلك ، كانت هناك بعض الخلافات بشأن بعض الحقائق المرصودة:

• إذا تم قبول فكرة أن الإلكترون يدور حول النواة ، فإنه يحدث أن الإلكترون يجب أن يصدر إشعاعًا بشكل مستمر حتى يصطدم بالنواة ، مما يؤدي إلى تدمير الذرة في أقل من ثانية. هذا ، لحسن الحظ ، ليس ما يحدث بالفعل.
• علاوة على ذلك ، في مناسبات معينة ، تُصدر الذرة ترددات معينة من الإشعاع الكهرومغناطيسي عندما تكون هناك انتقالات بين حالة طاقة أعلى وأخرى ذات طاقة أقل ، وبين تلك الترددات فقط ، وليس غيرها. كيف نفسر حقيقة أن الطاقة مكمَّمة؟

على الرغم من هذه القيود ، نظرًا لوجود نماذج أكثر تعقيدًا اليوم تتماشى مع الحقائق المرصودة ، لا يزال نموذج رذرفورد الذري مفيدًا للطالب للحصول على مقاربة أولى ناجحة للذرة والجسيمات المكونة لها.

في هذا النموذج من الذرة ، لا يظهر النيوترون ، وهو مكون آخر للنواة ، والذي لم يتم اكتشافه حتى عام 1932.

بعد وقت قصير من اقتراح رذرفورد لنموذجه الكوكبي ، في عام 1913 قام الفيزيائي الدنماركي نيلز بور بتعديله لشرح سبب عدم تدمير الذرة وما زلنا هنا لنروي هذه القصة.

مقالات ذات أهمية

نموذج شرودنغر الذري.

نموذج دي بروجلي الذري.

نموذج تشادويك الذري.

نموذج هايزنبرغ الذري.

نموذج بيرين الذري.

نموذج طومسون الذري.

نموذج ديراك الأردن الذري.

النموذج الذري لديموقريطس.

نموذج بوهر الذري.

نموذج دالتون الذري.

المراجع

1. ريكس ، 2011. أساسيات الفيزياء. بيرسون. 618-621.
2. زاباتا ، ف. 2007. ملاحظات الصف على كرسي البيولوجيا الإشعاعية والحماية الإشعاعية. كلية الصحة العامة بجامعة فنزويلا المركزية.