بعد التعارف نموذج طومسون الذري، الذي يعتبر الإلكترونات في وسط مشحون إيجابياً ، وهو نموذج أكثر تقدمًا يُعرف باسم نموذج رذرفورد الذري. كان العالم المسؤول عن هذا التقدم الجديد في العلم هو إرنست رذرفورد. ولد في 20 أغسطس 1871 وتوفي في 19 أكتوبر 1937. قدم خلال حياته مساهمات كبيرة في الكيمياء وعالم العلوم بشكل عام.
لذلك ، سنخصص هذه المقالة لنخبرك بكل ما تحتاج لمعرفته حول نموذج رذرفورد الذري.
تجربة أوراق الذهب
قال نموذج طومسون القديم أن الإلكترونات كانت في وسط مشحون بشحنة موجبة. في عام 1909 ، أجرى إرنست رذرفورد ، برفقة مساعدين اثنين يدعى جيجر ومارسدن ، دراسة تعرف باسم تجربة أوراق الذهب حيث تمكنوا من التحقق من ذلك كان "بودنغ الزبيب" المعروف لدى طومسون خطأ. وهي أن هذه التجربة الجديدة كانت قادرة على إظهار أن الذرة لها بنية ذات شحنة موجبة قوية. هذه التجربة أو يمكن أن تساعد في إعادة تأسيس بعض الاستنتاجات التي انتهى بها الأمر إلى تقديمها كنموذج رذرفورد الذري في عام 1911.
لم تكن التجربة المعروفة باسم Leaf of Gold فريدة من نوعها ولكن تم إجراؤها بين عامي 1909 و 1913. ولهذا استخدموا معامل الفيزياء بجامعة مانشستر. كانت هذه التجارب ذات أهمية كبيرة حيث يمكن التوصل إلى استنتاجات جديدة من نتائجها التي وصلت إلى نموذج ذري ثوري.
تكونت هذه التجربة مما يلي: يجب قصف ورقة رقيقة من الذهب بسمك 100 نانومتر بكمية كبيرة من جسيمات ألفا. كانت جسيمات ألفا وأيونات. أي الذرات التي لا تحتوي على إلكترونات ، لذلك كان لديها فقط البروتونات والنيوترونات. من خلال وجود النيوترونات والبروتونات ، كانت الشحنة الكلية للذرة موجبة. كانت هذه التجربة تهدف بشكل أساسي إلى تأكيد ما إذا كان نموذج طومسون صحيحًا. إذا كان هذا النموذج صحيحًا ، كان على جسيمات ألفا أن تمر عبر ذرات الذهب في خط مستقيم.
من أجل دراسة الانحراف الذي تسببه جسيمات ألفا ، كان لابد من وضع مرشح كبريتيد الزنك الفلوريسنت حول رقائق الذهب الدقيقة. كانت نتيجة هذه التجربة أنه لوحظ أن بعض الجسيمات كانت قادرة على المرور عبر ذرات الذهب للورقة في خط مستقيم. ومع ذلك ، فإن بعض جسيمات ألفا هذه انحرفت في اتجاهات عشوائية.
استنتاجات تجربة الورقة الذهبية
بالنظر إلى هذه الحقيقة ، لم يكن من الممكن تأكيد ما تم اعتباره النماذج الذرية السابقة. وهي أن هذه النماذج الذرية أشارت إلى أن الشحنة الموجبة موزعة بشكل موحد في الذرات وهذا سيجعل من السهل عبورها لأن شحنتها لن تكون قوية جدًا في نقطة معينة.
كانت نتائج تجربة الورقة الذهبية هذه غير متوقعة تمامًا. هذا جعل رذرفورد يعتقد أن الذرة لها مركز به شحنة موجبة قوية والتي تتكون عندما يكون جسيم ألفا محاولة تمريره مرفوض من قبل الهيكل المركزي. من أجل إنشاء مصدر أكثر موثوقية ، تم اعتبار الجسيمات بكميات من تلك التي تم عكسها وتلك التي لم يتم عكسها. بفضل هذا الاختيار للجسيمات ، كان من الممكن تحديد حجم النواة مقارنة بمدار الإلكترونات حولها. يمكن أيضًا استنتاج أن معظم مساحة الذرة فارغة.
يمكن أن نرى أن بعض جسيمات ألفا قد انحرفت بواسطة رقائق الذهب. بعضهم انحرف فقط بزوايا صغيرة جدًا. ساعد هذا في استنتاج أن الشحنة الموجبة على الذرة ليست موزعة بالتساوي. أي أن الشحنة الموجبة توجد على الذرة بطريقة مركزة في مساحة صغيرة جدًا.
انجرف عدد قليل جدًا من جسيمات ألفا إلى الخلف. يشير هذا الانحراف إلى أنه يمكن للجسيمات المذكورة أن ترتد. بفضل كل هذه الاعتبارات الجديدة ، يمكن إنشاء نموذج رذرفورد الذري بأفكار جديدة.
نموذج رذرفورد الذري
سنقوم بدراسة ما هي مبادئ نموذج رذرفورد الذري:
- الجسيمات التي لها شحنة موجبة داخل الذرة يتم ترتيبها في حجم صغير جدًا إذا قارناها بالحجم الكلي للذرة المذكورة.
- تقريبًا كل كتلة الذرة بهذا الحجم الصغير المذكور. هذه الكتلة الداخلية كانت تسمى النواة.
- الإلكترونات ذات الشحنات السالبة تم العثور عليها تدور حول النواة.
- تدور الإلكترونات بسرعات عالية عندما تكون حول النواة وتقوم بذلك في مسارات دائرية. هذه المسارات كانت تسمى المدارات. سأفعل في وقت لاحق تُعرف باسم المدارات.
- كل من الإلكترونات المشحونة سالبة ونواة الذرة موجبة الشحنة نفسها متماسكة دائمًا معًا بفضل قوة الجذب الكهروستاتيكية.
قبول وحدود نموذج رذرفورد الذري
كما هو متوقع ، تصور هذا النموذج الجديد بانوراما جديدة تمامًا للذرة في العالم العلمي. بفضل هذا النموذج الذري ، يمكن للعديد من العلماء اللاحقين دراسة وتحديد عدد الإلكترونات التي يحتوي عليها كل عنصر في الجدول الدوري. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن إجراء اكتشافات جديدة تساعد في تفسير عمل الذرة بأبسط طريقة.
ومع ذلك ، يحتوي هذا النموذج أيضًا على بعض القيود والأخطاء. على الرغم من أنها كانت طفرة في عالم الفيزياء ، إلا أنها لم تكن نموذجًا مثاليًا ولا نموذجًا كاملاً. وهذا من وفقًا لقوانين نيوتن وجانب مهم من قوانين ماكسويل ، هذا النموذج لا يستطيع شرح أشياء معينة:
- لم يستطع شرح كيف كانت الشحنات السالبة قادرة على التماسك في النواة. وفقًا لقصبة الساق الإلكترونية ، يجب أن تتنافر الشحنات الإيجابية مع بعضها البعض.
- كان التناقض الآخر تجاه القوانين الأساسية للديناميكا الكهربائية. إذا تم اعتبار أن الإلكترونات ذات الشحنة الموجبة تدور حول النواة ، فيجب أن تصدر إشعاعات كهرومغناطيسية. من خلال إصدار هذا الإشعاع ، يتم استهلاك الطاقة لانهيار الإلكترونات في النواة. لذلك ، لا يمكن للنموذج الذري المخطط أن يفسر استقرار الذرة.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن نموذج رذرفورد الذري.