كان لبعض الاكتشافات والاختراعات وقعٌ صاخب في الأوساط العلمية والعامة، وذلك بسبب أهميتها وتأثيرها على العديد من المجالات الحياتية الأخرى، ويعد اكتشاف الذرة أحدها، فمن هو مكتشف الذرة؟ وما هي النظرية الذرية؟ تعرف إلى ذلك وأكثر في سطور هذا المقال.
ما هي الذرة
الذرة هي وحدة البناء الأساسية للمادة، وتتكون من نواة تحتوي على البروتونات والنيوترونات، وتحيط بها سحابة من الإلكترونات، فيما يلي نوضح بعض النقاط الأساسية حول الذرات:
- تتكون الذرات من ثلاثة جسيمات أساسية: البروتونات وهي جسيمات موجبة الشحنة توجد في النواة، والنيوترونات وهي جسيمات متعادلة الشحنة توجد في النواة، والإلكترونات وهي جسيمات سالبة الشحنة تدور حول النواة في أغلفة إلكترونية أو مستويات طاقة.
- تحتوي نواة الذرة على معظم كتلتها وتتكون من البروتونات والنيوترونات المرتبطة ببعضها البعض بقوة نووية شديدة.
- تشغل الإلكترونات مستويات طاقة محددة أو أغلفة إلكترونية حول النواة، وهذه الإلكترونات في حركة مستمرة، حيث تشكل بنية تشبه السحابة حول النواة.
- تتميز الذرات بأنها محايدة كهربائيًا بشكل عام لأنها تحتوي على عدد متساوٍ من البروتونات (شحنة موجبة) والإلكترونات (شحنة سالبة).
- تحتوي ذرات العناصر الكيميائية المختلفة على أعداد فريدة من البروتونات في نواتها، تُعرف بالعدد الذري، ويحدد عدد البروتونات هوية العنصر.
- يمكن أن تحتوي ذرات العنصر نفسه على أعداد مختلفة من النيوترونات، مما يؤدي إلى تكوين النظائر، ونظائر العنصر لها نفس عدد البروتونات ولكن لها كتل ذرية مختلفة.
- يمكن للذرات أن تتفاعل مع بعضها البعض من خلال الروابط الكيميائية لتكوين الجزيئات، ويحدث هذا عندما تتشارك الذرات أو تتبرع أو تستقبل الإلكترونات لتحقيق الاستقرار.
- يوصف سلوك الإلكترونات داخل الذرات بواسطة ميكانيكا الكم، والتي تفسر ظواهر هامة مثل ازدواجية موجة الإلكترون والجسيم ومستويات الطاقة الكمية.
الذرات هي أساس الكيمياء وتلعب دورًا مركزيًا في فهم خصائص وسلوك المادة على المستويين الذري والجزيئي.
من هو مكتشف الذرة
كان جون دالتون عالمًا إنجليزيًا معروفًا بعمله الرائد في اكتشاف الذرة وتطوير النظرية الذرية الحديثة. وهذه نبذة مختصرة عن حياته:
- وُلد جون دالتون في 6 سبتمبر 1766، في إيجلزفيلد- كمبرلاند، إنجلترا.
- التحق بمدارس الكويكرز الإنجليزية في شبابه، حيث طور اهتمامه بالرياضيات والفلسفة الطبيعية.
- أصبح دالتون مدرسًا في سن الثانية عشرة، وفي النهاية أنشأ مدرسته الخاصة في كيندال، حيث قام بتدريس الرياضيات والفلسفة الطبيعية.
- اقترح دالتون نظريته الذرية في عام 1803، التي أرست الأساس للكيمياء الحديثة، حيث وضع المبادئ الأساسية لنظرية دالتون الذرية.
- أجرى دالتون أبحاثًا موسعة في مجال الأرصاد الجوية، بما في ذلك دراسات حول سلوك الغازات في الغلاف الجوي، كما طور مفهوم الضغوط الجزئية في في الغازات، المعروف بقانون دالتون للضغوط الجزئية.
- نشر دالتون نظريته الذرية وغيرها من النتائج العلمية في أوراق وكتب مختلفة، بما في ذلك كتابه الشهير "نظام جديد للفلسفة الكيميائية" (1808-1827).
- انتُخِب دالتون زميلًا للجمعية الملكية في عام 1822 تقديرًا لمساهماته العلمية.
- واصل دالتون أبحاثه وتدريسه حتى تقاعده، وذلك على الرغم من مواجهة بعض الانتقادات والجدل حول نظريته الذرية خلال حياته.
- توفي في 27 يوليو 1844 في مانشستر- إنجلترا.
وضعت نظرية دالتون الذرية الأساس للكيمياء الحديثة وأحدثت ثورة في فهمنا لتركيب المادة وسلوكها، ويعتبر أحد مؤسسي النظرية الذرية، واعترافًا بفضله فقد تم إحياء ذكراه بطرق مختلفة، بما في ذلك تسمية وحدة الكتلة الذرية باسمه، دالتون.
في التفاعلات الكيميائية، الذرات لا تستحدث ولا تفنى
ما هي النظرية الذرية
النظرية الذرية هي نموذج علمي يصف البنية الأساسية وسلوك الذرات، والتي تُعرف على أنها اللبنات الأساسية للمادة، والتي توفرإطارًا لفهم خصائص المواد وتفاعلاتها وتحولاتها على المستوى الذري. تشمل المبادئ الأساسية للنظرية الذرية ما يلي:
- تتكون كل المادة من جزيئات صغيرة غير قابلة للتجزئة تسمى الذرات، وهي أصغر الوحدات في العنصر والتي تحتفظ بالخصائص الكيميائية لذلك العنصر.
- ذرات العنصر نفسه متطابقة في الكتلة والحجم والخصائص الكيميائية، أما ذرات العناصر المختلفة لها كتل وخصائص مختلفة.
- تتحد الذرات لتكوين مركبات من خلال التفاعلات الكيميائية، وتتكون المركبات من ذرات عنصرين مختلفين أو أكثر بنسب أعداد صحيحة ثابتة.
- في التفاعلات الكيميائية، الذرات لا تستحدث ولا تفنى، فالكتلة الكلية للمواد المتفاعلة تساوي الكتلة الكلية للنواتج.
- تحتل الإلكترونات مستويات طاقة محددة أو أغلفة إلكترونية حول النواة، بحيث يمكن للإلكترونات أن تنتقل بين مستويات الطاقة عن طريق امتصاص أو إطلاق الطاقة على شكل فوتونات.
لقد خضعت النظرية الذرية للعديد من التحسينات والتطورات منذ بدايتها، حيث دمجت رؤى من ميكانيكا الكم والملاحظات التجريبية، حتى أصبحت بمثابة الأساس لفهم سلوك المادة في الكيمياء النووية والفيزياء والتخصصات العلمية ذات الصلة
إسهامات العلماء في اكتشاف الذرة
لقد ساهم العديد من العلماء عبر التاريخ في اكتشاف الذرة. وفيما يلي نتتبع خطاهم وانجازاتهم المهمة في ذلك المجال:
-
ديموقريطس (حوالي 460 – حوالي 370 ق.م)
تأثر ديموقريطس بتعاليم الفلاسفة الأوائل بما في ذلك ليوكيبوس، الذي تكهن أيضًا بوجود الذرات، فبنى ديموقريطس على هذه الأفكار وطوّر نظرية أكثر تفصيلاً للذرات، حيث اقترح أن الذرات لا حصر لها في العدد وبأنها في حركة مستمرة، كما قترح مفهوم الذرة باعتبارها أصغر جسيم غير قابل للتجزئة للمادة، وبأن الذرات أبدية ومتجانسة وتختلف في الحجم والشكل والترتيب.
-
ج.ج. طومسون (1856-1940)
اكتشف الإلكترون من خلال تجاربه باستخدام أشعة الكاثود، واقترح نموذجًا للذرة بحيث تكون الإلكترونات مدمجة في كرة موجبة الشحنة، ويرجع الفضل إليه في اكتشاف الإلكترونات وبأنها تحمل شحنة سالبة.
-
إرنست رذرفورد (1871-1937)
أجرى تجربة رقائق الذهب الشهيرة التي أدت إلى اكتشاف نواة الذرة، إذ وضع تلك الرقائق في مسار إشعاعي يتألف من جسيمات ألفا المنبعثة من مصدر مشع، كما اقترح النموذج النووي للذرة والتي تحتوي على نواة كثيفة موجبة الشحنة ومحاطة بإلكترونات تدور حولها.
-
نيلز بور (1885–1962)
طور نموذج بور للذرة والذي قدم مفهوم مستويات الطاقة الكمية للإلكترونات، واقترح أن الإلكترونات تدور حول النواة في مدارات منفصلة، بحيث يتوافق كل مدار مع مستوى طاقة ما، كما يتضمن النموذج وصفاً لمبادئ مستويات الطاقة الكمية التي اقترحها ماكس بلانك وألبرت أينشتاين، والتي تفترض أن الإلكترونات تدور حول نواة الذرة في مستويات أو أغلفة طاقة منفصلة ومكممة، وبأنه لا يمكن للإلكترونات أن تشغل سوى مدارات محددة ذات مستويات طاقة ثابتة، بحيث تبعث أو تمتص الطاقة عند الانتقال بين هذه المستويات.
-
إروين شرودنغر (1887–1961)
صاغ المعادلة الموجية التي تصف سلوك الإلكترونات في الذرات، ووضع الأساس لميكانيكا الكم، وساهم في تطوير النموذج الميكانيكي الكمي للذرة، والذي يصف الطبيعة الاحتمالية لسلوك الإلكترون.
-
فيرنر هايزنبرغ (1901-1976)
صاغ مبدأ عدم التأكد في الكيمياء الذي ينص على أنه لا يمكن تحديد موضع وزخم الجسيم بدقة في وقت واحد، ولعب دورًا حاسمًا في تطوير ميكانيكا المصفوفة، وهي صياغة لميكانيكا الكم.
قدم العديد من العلماء مساهمات كبيرة في فهمنا للذرة، ووضعوا الأساس للنظرية الذرية الحديثة وميكانيكا الكم، ومن هؤلاء نيلز بور، وج.ج طومسون، وأرنست رذرفورد، وفيرنر هايزنبرغ، إلا أن اكتشاف الذرة يرجع إلى العالم الإنجليزي جون دالتون، والذي تمكن من وضع النظرية الذرية وتطويرها.
