تفسير الذرة و نظرياتها المختلفة - ساينسوفيليا
تفسير الذرة و نظرياتها المختلفة
بقلم : أحمد محمد الأزهري
مراجعة : د هبة هاشم
هل سألت نفسك يومًا ما.. من أي شيء صنع كل شيء؟؟؟؟
طٌرحت أسئلة عديدة مثل هذا السؤال وحاول العلماء إيجاد حلول لهذه الاسئلة , وفي إحدي المرات اكتشف العلماء أن أصغر وحدة في المادة هي الذرة وهي كلمة يونانية معناها( الغير قابلة للتجزئة) وقد أكتُشِفَ لاحقا أنه علي الرغم من أن الذرة هي أصغر وحدة مكونه للمادة إلا أنها تتكون من جزيئات اصغر ..
إذا ماهي الذرة؟؟؟؟
تأتي كلمة الذرة من الكلمة اليونانية "atomos" التي تعني "غير قابلة للتجزئة" والذرة هي أصغر وحدة (جسيم)و لا تزال تميزالعنصر الكيميائي, لذلك يمكن تعريف العنصر الكيميائي على أنه نوع من الذرة.
تشمل المواد الكيميائية جميع المواد التي نستخدمها في حياتنا اليومية باعتبارها "مادة". على سبيل المثال ، الصلب والخرسانة والماء والهواء كلها مواد كيميائية أو خليط من المواد الكيميائية.
ومع ذلك ، فإن معظم المواد الكيميائية عبارة عن مركبات ، بمعنى أنها تتكون من أكثر من عنصر واحد .
على الرغم من أن الذرة هي أصغر وحدة في العنصر ، إلا أنه يمكن تقسيم الذرات إلى أجزاء أصغر ، ولكن في نهاية الامر ، تتشابه تلك الاجزاء ، بغض النظر عن الذرة التي تأتي منها.
و تتكون الذرة من الجسيمات غير الذرية الأساسية التالية: الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات.
الاكتشافات الكيميائية المبكرة والنظريات الذرية المختلفة:
بدأت الدراسات الخاصة بعلم الكيمياء منذ فترة طويلة جدًا و كان الاهتمام بتطبيقاتها أكثر من مبادئها الأساسية. تم ظهور الفرن العالي لاستخراج الحديد من المواد الخام منذ عام 1300 م.
وقبل نهاية القرن الثامن عشر ، تم عزل غازات النيتروجين والأكسجين في الغلاف الجوي وتم دراسة مقترحات قوانين طبيعية ل
تصف السلوك الفيزيائي لتلك الغازات..
قانون حفظ الكتلة؟؟؟؟
كانت عملية الاحتراق من أجل الحرق مألوفة للغاية بحيث يصعب إدراك مدى صعوبة اللغز الذي كان محير العلماء في ذلك الوقت. و في عام 1774 أجرى أنطوان لافوازييه تجربة تم فيها تسخين وعاء زجاجي محكم الغلق يحتوي على عينة من القصدير وبعض الهواء. وجد لافوازييه أن الكتلة قبل التسخين (وعاء زجاجي صفيح + هواء) وبعد التسخين (وعاء زجاجي + صفيح قصدير + هواء متبقي) كانت هي نفسها .. من خلال تجارب أخرى ، أظهر أن ناتج تفاعل قصدير (أكسيد القصدير) يتكون من القصدير الأصلي مع جزء من الهواء. أثبتت تجارب مثل هذه أن الأكسجين من الهواء ضروري للاحتراق وقادته أيضًا إلى اكتشاف قانون الحفاظ على الكتلة..
والذي ينص علي أن:/ الكتلة الكلية للمادة الموجودة بعد تفاعل كيميائي هي نفس الكتلة الكلية للمادة قبل التفاعل..
مما لا شك فيه أن هذا له علاقة بطبيعة الذرة و من ثم أهمية دراسة الذرة بشكل أكثر تفصيلا...
النظرية الذرية عبر التاريخ؟؟؟
النظرية الذرية هي وصف علمي لطبيعة الذرات و يجمع بين عناصر من الفيزياء، والكيمياء، والرياضيات. وفقًا للنظرية الحديثة ، تتكون المادة من جزيئات صغيرة تسمى الذرات ، والتي تتكون بدورها من جسيمات دون ذرية . ذرات عنصر معين متطابقة في كثير من النواحي ومختلفة عن ذرات العناصر الأخرى. تتحد الذرات بنسب ثابتة مع ذرات أخرى لتكوين جزيئات ومركبات.
تطورت النظرية بمرور الوقت ، من فلسفة الذرية إلى ميكانيكا الكم الحديثة. فيما يلي نبذة مختصرة عن تاريخ النظرية الذرية:
نشأت النظرية الذرية كمفهوم فلسفي في الهند القديمة واليونان. تأتي كلمة الذرة من الكلمة اليونانية القديمة atomos ، والتي تعني غير قابل للتجزئة. وفقًا للذرة ، تتكون المادة من جسيمات منفصلة. ومع ذلك ، كانت النظرية واحدة من تفسيرات عديدة للمادة ولم تكن مبنية على بيانات تجريبية. في القرن الخامس قبل الميلاد ، اقترح ديموقريطوس أن المادة تتكون من وحدات غير قابلة للتدمير وغير قابلة للتجزئة تسمى الذرات. قام الشاعر الروماني لوكريتيوس بتسجيل الفكرة ، لذلك نجحت خلال العصور المظلمة للنظر فيها لاحقًا.
-نظرية دالتون الذرية:
لقد استغرق العلم حتى نهاية القرن الثامن عشر تقديم دليل ملموس على وجود الذرات. اكتشف لافوزيه قانون الكتلة. ولكن لم تشير هذه النظريات إلى الذرات ، ومع ذلك بنى جون دالتون عليها لتطوير قانون النسب المتعددة ، والذي ينص على أن نسب كتل العناصر في المركب هي أعداد صحيحة صغيرة. استمد قانون دالتون متعدد النسب من البيانات التجريبية واقترح أن كل عنصر كيميائي يتكون من نوع واحد من الذرات التي لا يمكن تدميرها بأي وسيلة كيميائية.
في عام 1811 ، صحح أميديو أفوجادرو مشكلة تتعلق بنظرية دالتون عندما اقترح أن كميات متساوية من الغازات عند درجة حرارة وضغط متساويين تحتوي على نفس عدد الجسيمات. جعل قانون أفوجادرو من الممكن تقدير الكتل الذرية للعناصر بدقة وتمييزًا واضحًا بين الذرات والجزيئات.
تم تقديم مساهمة مهمة أخرى للنظرية الذرية في عام 1827 من قبل عالم النبات روبرت براون الذي لاحظ أن جزيئات الغبار التي تطفو في الماء بدت وكأنها تتحرك بشكل عشوائي دون سبب معروف. في عام 1905 ، افترض ألبرت أينشتاين أن الحركة البراونية كانت بسبب حركة جزيئات الماء. أيد النموذج والتحقق من صحته عام 1908 من قبل جان بيرين النظرية الذرية ونظرية الجسيمات.
-نموذج رذرفورد للذرة:
حتى هذه النقطة ، كان يُعتقد أن الذرات هي أصغر وحدات المادة. في عام 1897م ، اكتشف (جون طومسون) الإلكترون. وكان يُعتقد أن الذرات يمكن أن تنقسم. نظرًا لأن الإلكترون يحمل شحنة سالبة فبدمج الإلكترونات في كتلة من الشحنة الموجبة ينتج ذرة متعادلة كهربائيًا ،أثبت بطلان نظرية طومسون أرنست رذرفورد -أحد طلاب طومسون- باستخدام نموذج حلوى البرقوق في عام 1909. وجد رذرفورد أن الشحنة الموجبة للذرة ومعظم كتلتها كانت في مركز أو نواة الذرة. ووصف نموذجًا كوكبيًا تدور فيه الإلكترونات حول نواة صغيرة موجبة الشحنة.
-نموذج بوهر للذرة:
كان رذرفورد يسير على الطريق الصحيح ، لكن نموذجه لم يستطع تفسير أطياف الانبعاث والامتصاص للذرات ، ولا سبب عدم اصطدام الإلكترونات بالنواة. في عام 1913 ، اقترح نيلز بور نموذج بور ، الذي ينص على أن الإلكترونات تدور حول النواة فقط على مسافات محددة من النواة. وفقًا لنموذجه ، ينص علي : لا يمكن للإلكترونات أن تتصاعد داخل النواة ولكنها يمكن أن تقفز قفزات كمية بين مستويات الطاقة.
ومن هنا بدأت النظرية الذرية الكمية.
شرح نموذج بوهر الخطوط الطيفية للهيدروجين ولكنه لم يمتد إلى سلوك الذرات ذات الإلكترونات المتعددة. أدت العديد من الاكتشافات إلى توسيع نطاق فهم الذرات. في عام 1913 ، وصف فريدريك سودي النظائر ، والتي كانت أشكالًا لذرة عنصر واحد يحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات.ثم تم اكتشاف النيوترونات في عام 1932.
ومن ثم اقترح لويس دي بروي سلوكًا موجيًا للجسيمات المتحركة ، والذي وصفه إروين شرودنغر باستخدام معادلة شرودنجر (1926). أدى هذا بدوره إلى مبدأ عدم التأكد لـهيزنبرج 192والذي ينص على أنه من غير الممكن معرفة كل من موقع وزخم (اللف المغزلي) الإلكترون في نفس الوقت.
أدت ميكانيكا الكم إلى نظرية ذرية تتكون فيها الذرات من جسيمات أصغر. يمكن العثور على الإلكترون في أي مكان في الذرة ولكن يوجد به الاحتمال الأكبر في المدار الذري أو مستوى الطاقة. بدلاً من المدارات الدائرية لنموذج رذرفورد ، تصف النظرية الذرية الحديثة المدارات التي قد تكون كروية ، على شكل دمبل ، وما إلى ذلك. بالنسبة للذرات التي تحتوي على عدد كبير من الإلكترونات ، تلعب التأثيرات النسبية دورًا ، نظرًا لأن الجسيمات تتحرك في جزء صغير من سرعة الضوء.
اكتشف العلماء المعاصرون جسيمات أصغر تتكون منها البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ، على الرغم من أن الذرة تظل أصغر وحدة من المادة لا يمكن تقسيمها باستخدام الوسائل الكيميائية.
المصادر:
https://learning-center.
https://cronodon.com/Atomic/
https://www.thoughtco.com/
Book GENERAL CHEMISTRY PRINCIPLES AND MODERN APPLICATIONS (https://www.rachidscience.
التعليقات على الموضوع