منذ بداية القرن العشرين أصبح من المعروف أن المادة غير قابلة للتجزئة إلى مالانهاية، بل انها تتكون من جسيمات مادية قطرها في حدود 10-10 m سميت بالذرات (Atoms).
وجاءت أولى الدلائل على وجود الذرات من دراسة التفاعلات الكيميائية وسلوك الغازات، كما حصل الفيزيائيون على دلائل مباشرة على وجود الذرات باستخدام المجاهر الحديثة ذات القدرة التكبيرية العالية، إلا أن أقوى هذه المجاهر لا تستطيع استكشاف التركيب الداخلي للذرات ولذلك قام العلماء بوضع تصوراتهم لتركيب الذرة الداخلي من خلال التجارب والنتائج المتوفرة لديهم في ذلك الوقت.
يتناول هذا المقرر دراسة تفصيلية للنماذج التي وضعها العلماء لتركيب الذرة مثل نموذج طومسون ونموذج رذرفورد ونوذج بور. وكل نموذج حقق العديد من الظواهر وفشل في أخرى وهذا ما سيتم توضيحه من خلال تناول كل نموذج بالدراسة. كما سيتم دراسة تركيب الذرة باستخدام ميكانيكا الكم من خلال معادلة شرودينجر.
تعتمد دراسة تركيب الذرة بشكل اساسي على فهم الطيف الكهرومغناطيسي للذرة باعتبارها بصمة مهمة تكشف عن بنية الذرة ونركز من خلال هذا المقرر على طيف الهيدروجين باعتباره أبسط الأطياف الذرية والمدخل إلى بناء النماذج الذرية.
هل يمكن ان نرى الذرة؟
الذرة هي اصغر عنصر يمكن ان ان تنقسم له المادة ولا يمكن ان نرى الذرة باستخدام الميكروسكوب حيث تبلغ ابعاد الذرة ومكوناتها على النحو التالي:
atom = 1 x 10-10 meters
nucleus = 1 x 10-15 to 1 x 10 -14 meters
neutron or proton = 1 x 10-15 meters
electron – not known exactly, but thought to be on the order of 1 x 10-18 meters
كل الذرات لها تقريبا نفس الحجم سواء كانت تحتوي على الكترون واحد أو 90 الكترون، فإذا ما تم صف 50 مليون ذرة فإن طولها لا يزيد عن السنتمتر الواحد. ولهذا لا يمكن بواسطة الضوء المرئي ان نرى جسيمات صغيرة مثل الذرات والسبب في ذلك لأن الطول الموجي للضوء المرئي يتراوح بين 0.7 و 0.4 ميكرومتر وهذا بالمقارنة بحجم الذرة الذي يكون اصغر بمليون مرة لا يمكن ان ترى الذرة بواسطة الضوء المرئي. ولكن في العام 1981 تم تطوير ميكروسكوب يسمى scanning tunneling microscope يمكن ان يكون صورة للذرات على الشكل التالي:
STM image (7 nm x 7 nm) of a single zigzag chain of cesium atoms (red) on a gallium-arsenside surface (blue)
وعليه لم يكن امام العلماء في نهاية القرن التاسع عشر واوائل القرن العشرين الا ان يضعوا تصورهم لشكل تركيب الذرة على خلفية نتائج التجارب العملية المتوفرة في ذلك الوقت وبالطبع النموذج المقترح لتركيب الذرة يجب ان يفسر كل النتائج العملية وإلا يكون قاصراً او غير صحيح.
وهنا في هذه المحاضرات سوف ندرس النماذج التي وضعها العلماء لتركيب الذرة ونناقش إيجابيات وسلبيات كل نموذج، ومن هذه النماذج:
- نموذج تومسون
- نموذج رزرفورد
- نموذج بوهر
- نموذج سمرفيلد
كما سنعرض بعض التجارب والحقائق العلمية المتوفرة قبل كل نموذج…
To know the structure of the atom, we must know the following:
What are the parts of the atom?
How are these parts arranged?
Near the end of the 19th century, the atom was thought to be nothing more than a tiny indivisible sphere (Dalton’s view). However, a series of discoveries in the fields of chemistry, electricity and magnetism, radioactivity, and quantum mechanics in the late 19th and early 20th centuries changed all of that. Here is what these fields contributed:
The parts of the atom:
chemistry and electromagnetism —> electron (first subatomic particle)
radioactivity —> nucleus
- proton
- neutron
How the atom is arranged – quantum mechanics puts it all together:
- atomic spectra —> Bohr model of the atom
- wave-particle duality —> Quantum model of the atom
