الذرة ... نظرة تفصيلية من الداخل بعنوان سياحة في الذرة لنتعرف سوياً على التركيب الدقيق لهذا العالم الكبير !

سياحة في الذرة :-

توصل علماء الفيزياء في بعض مراحل تجاربهم الى تركيب الذرة ، فعرفوا أن الذرة كالمجموعة الشمسية من حيث التركيب ، حيث تتكون من نواة موجبة الشحنة يدور حولها الالكترونات السالبة ...

كان رذرفورد ، وموزلي ، وبور ، هم الرواد الثلاثة الذين توصلوا الى معرفة التركيب الذري بالتجربة و المشاهدة ، وليس عن طريق الظن كما سنعرف ذلك بالتفصيل ...

لا نستطيع ان نتكلم عن الذرة بدون ان نتكلم قليلا عن رذرفورد ، ولد في مدينة نلسون بنيوزيلاندا ، وكانت امه موسيقية وتعمل ايضا في التدريس ، اما ابوه فقد كان يعمل بالزراعة وصناعة العجلات ، وتلقى دراسته في في جامعة نلسون ، وجامعة نيوزيلاندا ، و جامعة كامبردج ، وقام بالعديد من التجارب على ارسال الموجات لا سلكيا ، وذلك قبل هرتز وماركوني ..
التحق رذرفورد بمعمل كافندش بكامبردج تحت اشراف طومسون ، ليستمر في ابحاثه وتجاربه طويلا ..
بعد ذلك التحق رذرفورد بجامعة مونتريال كأستاذ في الفيزياء ، وتمكن هناك من تفسير سر اشعاعات الراديوم ، وبعد تسعة اعوام نُقل الى جامعة مانشستر كرئيس لقسم الفيزياء ، وبعد مرور عام نال جائزة نوبل ، وفي اثناء وجوده في مانشستر اكتشف نواة الذرة ..

لكي يكتشف رذرفورد الذرة ، قام بتجربة سنحاول ان نقوم بها معاً ..
تجربة رذرفورد :-
لكي يقوم رذرفورد بتجربته كانت عنده دراية ببعض الحقائق الهامة ، وهي كالتالي ..
تتميز بعض العناصر بخاصية الاشعاع ، حيث ينبعث من العنصر مثل الراديوم الكترونات بالاضافة الى جسيمات موجبة (ليست بروتونات) ، فعند وضع قطعة صغيرة من الراديوم في قاع فجوة في قطعة رصاص حتى تصبح الاشعة الصادرة متوازية ، واذا سُلط هذا الشعاع على لوح مغطى بكبريتيد الزنك فستظهرعليه مساحة مستديرة تضئ في الظلام . ( كبريتيد الزنك هو نوع من الكيماويات يعرف باسم الفلورسنت ويصدر ضوء عن تعرضه للاشعة او سقوط الجسيمات عليه ) ....

واذا وضعنا مغناطيسا بالقرب من شعاع الراديوم فانه يقسمه كما هو مبين اعلاه ، فينحرف جزء من الشعاع في اتجاه ، وينحرف الجزء الاخر منها في الاتجاه المضاد ، مما يدل على انه مكون من جسيمات موجبه وسالبة ، وجد ان كل جسيم موجب يحمل ضعف الشحنة التي تحملها الالكترونات ، كما انها تزن ضعف ما يزن الالكترون آلاف المرات ....

ثم بدأ رذرفورد سلسلة من التجارب ، استعمل فيها جسيمات الراديوم الموجبة لتصدم عناصر مختلفة ، وكان اول عنصر استخدمه هو الذهب على شكل شريحة ، وعند احاطة الشريحة بحواجز مغطاه بكبريتيد الزنك أمكنه في الظلام ان يشاهد الاتجاه الذي تأخذه قذائف الراديوم ، كما في الشكل ادناه ...

وقد وجد ان معظم جسيمات الراديوم تنفذ مباشرة من شريحة الذهب ، ويتشتت البعض بينما ينعكس القليل من الجسيمات في اتجاهات مختلفة ، ويرجع جزء ضئيل منها لا يتعدى العشرين في المليون من حيث أتت .. كما بالشكل ...

من هذه النتائج عرف رذرفورد أن الالكترونات التي في الذهب لم تتمكن من ان تعوق مرور القذائف في الشريحة ..
وحيث ان القذائف معظمها نفذ من الشريحة على استقامته في نفس المسار ، فإنه لابد وأن يكون معظم حجم الذرة فراغ ، لأن ذرات الذهب في حالة صلبة شديدة التلاحم فلا يمكن ان تنفذ من بين الذرات ..
وبما أن جزء ضئيل انحرف عن مساره ، فإنه لابد و أن هناك جسيم وزنه كبير مشحون بشحنة موجبة لكي يتنافر مع الجسيمات ويجعلها تنحرف عن مسارها ..
 وبما أن جزء ضئيل لا يكاد يذكر قد ارتد في عكس الاتجاه مرة أخرى ، فإنه لابد وأن حجم هذا الجسيم الموجب ضئيل جدا بالنسبة لحجم الذرة ، مما يدل مجددا على أن معظم حجم الذرة فراغ ....
و كانت هذه النتائج هي تصور رذرفورد للذرة والذي لما يتغير كثيرا الى يومنا هذا ..
لقد استعمل رذرفورد الكثير من العناصر ، ولكنه لم يستطع الحصول على نواة تحمل شحنة اصغر من تلك التي تحملها نواة ذرة الهيدروجين ، وبناء على ذلك أدرك رذرفورد أن نواة الهيدروجين -تحتوي على بروتون واحد- هي الجسيم الاساسي الموجود في جميع العناصر الأخرى ..
وأن النواة الثقيلة ما هي الا مجموعة من أنوية ذرة الهيدروجين ، ومن ثم أطلق على نواة ذرة الهيدروجين اسم البروتون ...
وفي عام 1910 اكتشف موزلي ، وهو احد مساعدي رذرفورد الرقم الذري ، ومعناه أن عدد الجسيمات الموجبة في كل ذرة يساوي دائماً عدد الجسيمات السالبة حول النواة ..
( عدد البروتونات = عدد الالكترونات )
وطالما أن عدد الشحنات الموجبة يساوي عدد الشحنات السالبة ، إذن الذرة توجد دائماً في حالة اتزان كهربي ....
وكان ثالث المنقبين عن الذرة هو نيلز بور ، من الدنمارك ، وكان يعمل مساعدا لرذرفورد ، وقد توصل الى معرفة كيفية ترتيب الالكترونات في الذرة ..
فوجد انها تقع في حلقات محيطة بالنواة ، وتتسع كل حلقة لعدد ثابت من الالكترونات ، وهو اكبر عدد يجوز أن يحل بهذه الحلقة ..
فالحلقة الداخلية تتسع لالكترونان ، والتي تليها لثمانية ، والتي تليها لثمانية عشر ، وهكذا ..

في الواقع لقد كان كل من رذرفورد ، وموزلي ، وبور ، مخطئاً في فهمه للذرة ، فإن أخف الذرات وهي ذرة الهيدروجين ، تحتوي على الكترون واحد وبروتون واحد ، وعلى ذلك فرقمها الذري 1 ... ولكن وزنها الذري 2 أي أنها تزن ضعف ماتحتويه من بروتونات - مع ملاحظة أن وزن الذرة لا يتأثر بالكتروناتها نظراً لضآلة وزن الالكترونات - .. وذرة الهليوم بها بروتونان ولكن وزنها الذري 4 ... فكيف يمكن تفسير هذه الزيادة في الكتلة ؟ ... 
يبدو ان الحل الوحيد هو اعطاء النواة برتونات زيادة , وذلك يعني ان الالكترونات يجب ان يزداد عددها حتى يساوي عدد البروتونات حتى تكون الذرة متعادلة كهربيا , وقد ادى هذا التناقض الى حيرة العلماء ....
لاحظ عدد كبير من المنقبين عن الذرة بعض النتائج الغريبة عندما اطلقوا قذائف الراديوم على البريليوم , فقد عرف جيمس شادويك مساعد رذرفورد ان يقص بعض الباحثين اكتشفوا جسيما جديدا يمكن ان يخرج من نواة البريليوم , وقد اطلق على هذا الجسيم اسم نيوترون ..
والنيوترون لا يحمل شحنة كهربية , وبالتالي لن يكون سببا في عدم تعادل الذرة كهربيا , كما ان كتلة النيوترون مساوية تماما لكتلة البروتون , وبذلك يمكن تعليل الزيادة في كتلة الذرة , فمثلا ذرة الهيليوم تحتوي على اثنين من البروتونات بالاضافة الى اثنين من النيوترونات مما يجعل الوزن الذري للهيليوم ٤ , وكذلك نواة ذرة اليورانيوم تحتوي على ٩٢ بروتونا بالاضافة الى ١٤٦ نيوترونا مما يجعل الوزن الذري لليورانيوم ٢٣٨ ...
.
---------------------------------------------------------------------