المناهج

مميزات وعيوب نموذج رذرفورد

على الرغم من ان هذا التصور لم يعد هو التصور الدقيق من اجل الذرة، لكن في الوقت الذي قام رذرفورد بوضع ذلك التصور، كان ذلك بمثابة قفزة علمية

في العديد من الطرق، كان نموذج رذرفورد للذرة هو النموذج الكلاسيكي، على الرغم من أنه لا يعتبر الآن صحيحا على الإطلاق. نموذج رذرفورد اظهر أن الذرة هي مكان فارغ بمعظمها، حيث تدور الإلكترونات حول النواة الثابتة الموجبة الشحنة في مسارات محددة يمكن التنبؤ بها. هذا النموذج تم تطويره من العالم إرنست روذرفورد، وهو مواطن نيوزيلندي يعمل في جامعة مانشستر في إنجلترا في أوائل القرن العشرين

قضى روذرفورد حياته يبحث عن النشاط الإشعاعي، وفي عام 1908، حاز على جائزة نوبل بفضل اكتشافاته عن النشاط الإشعاعي. وقام بعد ذلك بتطوير نموذج الذرة الخاص به

اكتشاف الذرة

تم اكتشاف الذرة من قبل ديموقريطوس لأول مرة حوالي 400 قبل الميلاد، وتم فقد هذا المفهوم في أوروبا في العصور المظلمة، حتى عام 1803، حيث خمن العالم البريطاني جون دالتون ان كل شيء يتألف من جزيئات غير مرئية تدعى الذرات

وقد استمر نموذج دالتون البسيط حتى عام 1897، عندما قدم العالم تومسون واكتشف أن الذرات تتألف من جزيئات سالبة الشحنة تسمى الإلكترونات. وبين عامي 1897 على 1909، اكتشف العلماء أن الذرات تتكون من إلكترونات تنتشر بشكل موحد في أنحاء مكان موجب الشحنة

يصور نموذج دالتون الذرة على أنها كرة صلبة صغيرة غير قابلة للتجزئة، بينما يصور نموذج روذرفورد الذرة على انها تحوي إلكترونات موزعة في فضاء موجب الشحنة

تجربة رذرفورد

أجرى روذرفورد تجربة من خلال قذف صفيحة من الذهب بجزيئات ألفا ثم قام بدراسة مسار هذه الجسيمات بعد تفاعلها مع رقائق الذهب

قام روذرفورد في تجربته بتوجيه تدفقات تحوي مستوى علي من الطاقة من جسيمات ألفا إلى صفيحة رقيقة من الذهب (سمكها حوالي 100 نانومتر) من الذهب، ومن أجل دراسة انحراف جسيمات ألفا، وضع شاشة من كبريتيد الزنك حول الرقاقة الذهبية. وقد بعض الملاحظات التي تتعارض مع نموذج طومسون الذري وتقوم بدحض أفكاره، وبذلك أظهرت تجربته الفروق بين نموذج طومسون ونموذج روذرفورد

إرنست روذرفورد كان فيزيائيا من نيوزيلاند يدرس في جامعة كامبريدج تحت قيادة طومسون، وكان عمله الأخير في جامعة مانشتستر سيوفر له المزيد من الأفكار والمعلومات من أجل اكتشاف النموذج الذري، وقد قام بالحصول على جائزة نوبل من أجل اكتشافاته في كيمياء المواد المشعة

اعتمدت تجربة روذرفورد على إطلاق جسيمات موجبة الشحنة على ورقة رقيقة من الذهب، كانت جسيمات ألفا رقيقة جدا بحيث أنها يمكن ان تعبر من خلال الورقة من الذهب، وكان نموذج طومسون يرى أن الشحنة الموجبة تنتشر على كامل مساحة الذرة، ومن خلال تجربة رذرفورد، كان يأمل أن يؤكد نتائج طومسون، ولكن الملاحظات كانت مختلفة عما توقع

خلال هذه التجربة، مرت معظم جسيمات ألفا مع انحراف قليل جدا أو بدون أي انحراف، ومع ذلك فقد انحرف عدد قليل من الجسيمات عن مسارها الأصلي بزوايا كبيرة، وكان ذلك غير متوقع على الإطلاق من قبل روذرفورد، وكان التفسير الوحيد لذلك هو أن الشحنة الموجبة لا تتوزع على كامل أنحاء الذرة، بل إنها تكون مركزة في حيز صغير جدا، وهذا يناقض نظرية طومسون للذرة

وعند اكتشاف روذرفورد ذلك كان يشير إلى أن النموذج الذري كان بحاجة لبعض التعديلات عليه، وقام باقتراح النموذج الذي تدور فيه الإلكترونات السالبة حول النواة الموجبة الشحنة، وعلى الرغم من أن اكتشافه ذلك كان تطويرا لنموذج طومسون، إلا أن هناك العديد من الأمور التي لم يستطع تفسيرها

نموذج بور

بعد ذلك أتى نموذج بور الذي قام بتصحيح بعض الأخطاء في نموذج روذرفورد ؛ كان بور فيزيائي دينماركي أدرك أن الفيزياء الكلاسيكية لا يمكنها تفسير النتائج والأمور التي تحدث على المستوى الذري. بدلا من ذلك لجأ بور إلى نظرية الكم من أجل تفسير النتائج وتفسير ترتيب الإلكترونات في النواة. افترض نموذج بور وجود مستويات من الطاقة، ويمكن العثور على الإلكترونات فقط في مستويات الطاقة تلك، وبعبارات أخرى، فإن الإلكترونات كانت طاقتها محددة، ولا يمكنها ان تأخذ فقط أي قيمة. ويمكن أن تتحرك الإلكترونات فقط في مستويات الطاقة تلك، ويمكنها التحرك بإحدى الطريقتين، إما بامتصاص أو إصدار طاقة

حاول بور تفسير ترتيب الإلكترونات في النواة وقد نجح في ذلك إلى حد كبير، ولكن ليس بالشكل الكامل، لأن ميكانيك الكم هو أمر بالغ التعقيد، وقد وصفها بور بنفسه قائلا، إن لم تصدمك ميكانيك الكم بعمق، فأنت لم تفهمها بعد، ويمكن القول أن ميكانيك الكم تصبح في بعض الأحيان غريبة وتأخذ منحى شديد التعقيد

مميزات نموذج روذرفورد

الملاحظات التي قام روذرفورد بوضعها بعد القيام بتجربته قادت إلى

  • يمر جزء كبير من جسيمات ألفا من خلال الصفيحة الذهبية بدون اية انحراف، وبالتالي استنتج أن معظم مساحة الذرة تكون فارغة
  • تنحرف بعض جسيمات ألفا بواسطة الصفيحة الذهبية بزوايا صغيرة جدا، وبالتالي فإن الشحنة الموجبة تكون غير موزعة بشكل موحد، وتتركز الشحنة الموجبة في الذرة في حيز صغير جدا
  • تنحرف عدد قليل من جسيمات الفا للخلف، أي أن عدد قليل منها فقط يكون له زاوية انحراف تبلغ 180 درجة، وهذا قاده لأن يستنتج أن الحيز الذي تشغله الجسيمات الموجبة في الذرة صغير جدا مقارنة بالحجم الكلي للذرة

وبناء على هذه الملاحظات والنتائج التي توصل إليها روذرفورد من خلال تجربته، قام روذرفورد بوضع نموذج الذرة الخاص به:

  • الشحنات الموجبة في الذرة ومعظم كتلة الذرة تتركز في حيز صغير جدا، وأطلق على ذلك الحيز اسم النواة
  • نموذج روذرفورد يرى أن الإلكترونات السالبة تحيط بالنواة في الذرة، وأيضا اعتقد روذرفورد أن الإلكترونات التي تحيط بالنواة تدور حولها في ارتفاع شديد جدا في مسارات دائرية، وأطلق عليها لقب المدارات
  • الإلكترونات هي جزيئات سالبة الشحنة، والنواة هي كتل مركزة إيجابية الشحنة وترتبط مع بعضها البعض بفضل قوى تجاذب إلكتروستاتيكية قوية

أسباب فشل نظرية رذرفورد وعيوبها

على الرغم من أن نموذج روذرفورد كان مبني على تجارب وملاحظات تجريبية لكنه فشل في أن يشرح بعض الأمور المهمة

  • اعتقد روذرفورد أن الإلكترونات تدور حول النواة في مسارات محددة تدعى المدارات. وفقا لماكسويل، وإن الجسيمات المشحونة المتشرعة تصدر إشعاعات كهرومغناطيسية، لذلك فإن الإلكترون الذي يدور حول النواة يجب أن يصدر إشعاعات كهرومغناطيسية سيحمل هذا الإشعاع الطاقة من حركة الإلكترون والتي تأتي على حساب تقلص المدارات. في النهاية ستنهار الإلكترونات في النواة. أظهرت الحسابات أنه وفقًا لنموذج رذرفورد ، سينهار الإلكترون في النواة في أقل من 10-8 ثوانٍ. لذلك لم يكن نموذج رذرفورد متوافقًا مع نظرية ماكسويل ولم يستطع تفسير استقرار الذرة.
  • إحدى عيوب نموذج روذرفورد أنه لم يكتب شيئا عن ترتيب الإلكترونات في الذرة، وبالتالي فإن نظريته لم تكن مكتملة
  • على الرغم من أن نموذج روذرفورد لم يكن مكتملا، إلا أنه كان من القواعد الأساسية في تطوير نظريات المستقبل في ميكانيك الكم
السابق
قانون فاندرفالز
التالي
تعريف القانون العلمي