شرح نموذج رذرفورد للذرة في ظل محاولات العلماء المستمرة لفهم تركيب الذرة وسعيهم لتطوير نموذج يقارب الكمال في تفسيرها، برز نموذج رذرفورد المعروف أيضاً بالنموذج الشبيه بالمجموعة الشمسية، الذي قدّم فهماً واسعاً للذرة، حيث يعتمد هذا النموذج على فكرة أن هناك نواة صغيرة، متراصة وحاملة للشحنة الموجبة تشكل غالبية كتلة الذرة، تدور حولها إلكترونات تحمل شحنة سالبة، وبرغم إنجازاته، لم يقدم النموذج تفسيراً ملموساً لسلوك الإلكترونات وكيف تحيط بالنواة تابعونا لمعرفة تفاصيل النموذج وتفسير نظرية رذرفورد.
محتويات
شرح نموذج رذرفورد للذرة
- يعرف بأنه نموذج ذريّ وضعه العالم إرنست رذرفورد يصوّر فيه تركيب الذرة.
- يفصح النموذج عن أن النواة تكون صغيرة الحجم، كثيفة وذات شحنة موجبة و تحتل القسم الأكبر من كتلة الذرة، وتحيط بها إلكترونات ذات شحنة سالبة تدور حول النواة بطريقة مشابهة لدوران الكواكب حول الشمس.
- قبل ذلك، قدّم طومسون مفهوم الإلكترون واقترح وجود شحنات موجبة داخل الذرة لتحقيق التوازن مع الشحنات السالبة، كذلك قام رذرفورد بدحض هذا الافتراض في نظريته.
- استطاع رذرفورد أن يتبع منهجاً مبتكراً في كشف خبايا الذرة بعدما لاحظ أن بعض العناصر تنبعث منها جسيمات موجبة قادرة على اختراق المواد واصطلاحها بجسيمات ألفا.
- ثم استخدم رذرفورد هذه الجسيمات لاستكشاف بنية الذرة عبر توجيه شعاع منها نحو رقائق من الذهب، حيث تصادمت الجسيمات المنبعثة من النواة برقائق الذهب.
اقرأ أيضًا: أفضل مواقع لحل المعادلات الرياضية
فرضيات نظرية رذرفورد حول الذرة
- تشكل الذرة من جزيئات ذات شحنة موجبة، حيث تتمركز أغلب كتلتها في منطقة ضئيلة للغاية، هذه المنطقة في الذرة عرفت باسم النواة، وقد توصل العلماء فيما بعد إلى معرفة أن هذه النواة الصغيرة جداً والمركزة تحتوي على النيوترونات والبروتونات.
- تحيط بمركز الذرة – النواة – جسيمات تحمل شحنة سلبية وهي الإلكترونات. تجوب هذه الإلكترونات حول النواة في مسارات محددة ومنظمة على شكل دوائر، وتتحرك بهذه المسارات بسرعات شديدة، وقد أطلق على هذه المسارات الدائرية تسمية “المدارات”.
- الذرة لا تمتلك شحنة كلية، أو أنها متعادلة كهربائيًا، إذ أن الإلكترونات تحمل شحنات سالبة بينما النواة المتراصة تحمل شحنات موجبة، كما تحافظ قوى جذب كهروستاتيكية قوية على ارتباط النواة بالإلكترونات بشكل متماسك.
- يعتبر حجم النواة الذرية ضئيل إذا ما قيس بالنسبة للحيز الإجمالي الذي تشغله الذرة.
عيوب نموذج رذرفورد الذري
كانت تجربة رذرفورد عاجزة عن توضيح بعض الجوانب المحددة وهي:
- لم يكن تصور رذرفورد كافياً لشرح ثبات الذرات، حيث وفق هذه النظرية، تحلق الإلكترونات حول النواة بسرعات عالية في مسارات دائرية محددة، لكنه قد أبان عن أن الجسيمات المشحونة، عند تسارعها، تبعث إشعاعاً كهرومغناطيسياً، مما يعني أن الإلكترونات المتحركة حول النواة ستقوم بإصدار مثل هذا النوع من الإشعاع.
- سيحمل الإشعاع الكهرومغناطيسي طاقة ناتجة عن حركة الإلكترونات مما سيؤدي إلى انكماش المسارات الإلكترونية تدريجيًا، وفي النهاية سوف تنكمش هذه المسارات وتندمج في نواة الذرة.
- بناءً على الحسابات، وإذا تم التسليم بتفسير ماكسويل، فإن نموذج رذرفورد سيواجه الانهيار خلال ثواني ، وعليه فنموذج رذرفورد الذري لم يكن مطابقًا لنظرية ماكسويل ولم يتمكن من شرح ثبات الذرة.
- لم تكن نظرية رذرفورد كاملة إذ أغفلت الإشارة إلى كيفية توزيع الإلكترونات حول المدارات، وقد شكل هذا نقطة ضعف أساسية في النموذج الذري الذي اقترحه رذرفورد.
اقرأ أيضًا: جامعة طيبة تسجيل دخول طلاب
مساهمة النموذج في العلم الحديث
- عقب اكتمال اكتشاف رذرفورد، أصبح العلماء على وعي بأن الذرة لا تعد جسيمًا مفردًا، بل هي مؤلفة من جسيمات أدق بكثير، وقد كانت الدراسات اللاحقة هي التي حددت التركيب الدقيق للذرة.
- كما توصل العلماء في النهاية إلى أن للذرات نوى ذات شحنة موجبة، تحتوي بداخلها على عدد دقيق من الشحنات الذرية، بنصف قطر يقارب 1.2 × 10-15 متر × (عدد الكتلة الذرية)⅓، وتم أيضًا الكشف لاحقًا أن الإلكترونات أصغر حجمًا بشكل كبير من ذلك.
- كذلك اكتشف العلماء لاحقًا من خلال استخدام تقنية الأشعة السينية أن عدد الإلكترونات المتوقع يتوافق مع العدد الذري للذرة، حيث عندما تمر الأشعة السينية عبر ذرة ما، تتناثر جزئيًا بينما يخترق الجزء الآخر الذرة دون عائق.
- ونظرًا لأن الأشعة السينية تفقد جزءًا من شدتها أساسًا نتيجة تشتتها بفعل الإلكترونات، يمكن من خلال مراقبة معدل انخفاض كثافة تلك الأشعة تقدير عدد الإلكترونات داخل الذرة بشكل دقيق.
في الختام، رغم أن النظريات الأولية حول الذرات لم تكن دقيقة بما فيه الكفاية وفشلت في شرح التركيب الحقيقي للذرة ولم تعكس النتائج التجريبية بالصورة الصحيحة، إلا أنها قد وضعت اللبنات الأساسية لميكانيكا الكم وأسهمت في النمو والتحسينات التي طرأت لاحقًا على ميكانيكا الكم.
