النظرية الذرية هي وصف علمي لطبيعة الذرات والمادة التي تجمع بين عناصر الفيزياء والكيمياء والرياضيات، سنقدم لك تسلسلاً يوضح تاريخ النظرية الذرية والتطورات التي تبعتها.
وفقًا للنظرية الحديثة، تتكون المادة من جسيمات 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.
تاريخ النظرية الذرية.
فيما يلي نبذة مختصرة عن تاريخ النظرية الذرية:
الذرة والذرية.
نشأت النظرية الذرية كمفهوم فلسفي في الهند القديمة واليونان. تأتي كلمة “atom” من الكلمة اليونانية القديمة atomos، والتي تعني غير قابل للتجزئة.
وفقًا للذرة، تتكون المادة من جسيمات منفصلة. ومع ذلك، كانت النظرية واحدة من العديد من التفسيرات 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. سجل الشاعر الروماني لوكريتيوس الفكرة، لذلك نجت عبر العصور المظلمة للنظر فيها لاحقًا.
نظرية دالتون الذرية.
لقد استغرق العلم حتى نهاية القرن الثامن عشر لتقديم دليل ملموس على وجود الذرات. في عام 1789، صاغ أنطوان لافوازييه قانون حفظ الكتلة، والذي ينص على أن كتلة نواتج التفاعل هي نفس كتلة المواد المتفاعلة.
بعد عشر سنوات، اقترح جوزيف لويس بروست قانون النسب المحددة، والذي ينص على أن كتل العناصر في المركب تحدث دائمًا بنفس النسبة.
لم تُشِر هذه النظريات إلى الذرات، لكن جون دالتون بنى 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. اقترح أن يتكون كل عنصر كيميائي من نوع واحد من الذرات لا يمكن تدميره بأي وسيلة كيميائية.
كان عرضه الشفوي عام (1803) ونشره (1805) بمثابة بداية النظرية الذرية العلمية. 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 طومبسون ونموذج رذرفورد.
حتى هذه النقطة، كان يُعتقد أن الذرات هي أصغر وحدات المادة. في عام 1897، اكتشف ج.ج. طومسون الإلكترون. كان يعتقد أن الذرات يمكن أن تنقسم.
نظرًا لأن الإلكترون يحمل شحنة سالبة، فقد اقترح نموذج طومبسون للذرة، حيث تم دمج الإلكترونات في كتلة من الشحنة الموجبة لإنتاج ذرة متعادلة كهربائيًا.
دحض إرنست رذرفورد، أحد طلاب طومسون، نموذج طومبسون 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 بور 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 للذرة، الذي ينص على أن الإلكترونات تدور حول النواة فقط على مسافات محددة من النواة. وفقًا لنموذجه، لا يمكن للإلكترونات أن تتصاعد داخل النواة، ولكنها يمكن أن تقفز قفزات كمية بين مستويات الطاقة.
نظرية الكم الذرية.
شرح نموذج بور الخطوط الطيفية للهيدروجين ولكنه لم يمتد إلى سلوك الذرات ذات الإلكترونات المتعددة. وسعت العديد من الاكتشافات من فهم الذرات.
في عام 1913، وصف فريدريك سودي النظائر، والتي كانت أشكالًا لذرة عنصر واحد يحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات. تم اكتشاف النيوترونات في عام 1932.
اقترح لويس دي بروي سلوكًا موجيًا للجسيمات المتحركة، والذي وصفه إروين شرودنغر باستخدام معادلة شرودنجر (1926). أدى هذا بدوره إلى مبدأ عدم اليقين لـ Werner Heisenberg (1927)، والذي ينص على أنه من غير الممكن معرفة كل من موقع وزخم 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.
وجد العلماء المعاصرون جسيمات أصغر تشكل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، على الرغم من أن الذرة تظل أصغر وحدة من المادة لا يمكن تقسيمها باستخدام الوسائل الكيميائية.
