تُعد تجربة رذرفورد ونموذجه للذرة من التجارب البارزة التي قام بها العالم الشهير إرنست رذرفورد. وقد تمحورت هذه التجربة حول مفهوم أن هناك شحنة مركزية صغيرة جداً تتركز في منطقة ضئيلة الحجم مقارنة بالذرة وكافة مكوناتها.
تجربة رذرفورد ونموذجه للذرة
- أجرى العالم العظيم إرنست رذرفورد هذه التجربة في جامعة مانشستر، حيث لاقت التجربة والنتائج المترتبة عليها دعماً كبيراً من هذه المؤسسة التعليمية.
- تُعتبر جامعة مانشستر نقطة الانطلاق لشهرة رذرفورد، حيث ساهمت بشكل كبير في نشر تجربته حول حذر الذرة في مختلف أنحاء العالم.
- قدمت جامعة مانشستر كافة الأجهزة والمعدات اللازمة لدعم إرنست رذرفورد في عمله، بالإضافة إلى توافر عدد كبير من المساعدين لضمان نجاح التجربة في أقصر وقت ممكن.
- استندت تجربة رذرفورد حول وجود شحنة صغيرة مركزة في مركز الذرة، والتي عُرفت لاحقًا باسم النواة.
تجربة إرنست رذرفورد للذرة
- جاءت تجربة رذرفورد لتسليط الضوء على الأخطاء الجسيمة في نظرية جوزيف جون طومسون، التي كانت تتحدث عن نموذج طومسون للذرة ومكوناتها، بما في ذلك مركز الذرة الذي أصبح يعرف فيما بعد بالنواة.
- عمل إرنست رذرفورد على نشر النتائج التحليلية المتعلقة بتجاربه الشهيرة من خلال جامعة مانشستر، التي كانت مسؤولة عن متابعة التجربة منذ بدايتها وحتى نشرها في المجلات العلمية.
- أثبت النموذج الذي اقترحه رذرفورد أن المركز الذي يقع في قلب الذرة قوي نسبيًا، ويختلف في قوته عن باقي المكونات، مما أدى إلى تسميته بـ “النواة” تعبيرًا عن قوة هذا الجزء.
أسس تجربة إرنست رذرفورد لبناء الذرة
- ثبت إرنست رذرفورد وجود نواة ثقيلة وصغيرة الحجم في الذرة، والتي تعتبر المقوم الأساسي لنموذج الذرة الذي نفذه لاحقاً.
- استخدم رذرفورد جسيمات ألفا المنبعثة من عنصر مشع لتأكيد صحة تجربته وتوجيه الانتقادات لنموذج طومسون.
- تُعتبر المجسمات المستخدمة في تجربته غير مرئية في تركيبة الذرة، حيث تم الاستفادة من رقائق الذهب المستخدمة، بالإضافة إلى أسباب الانعكاسات التي حصلت.
الأبعاد المختلفة لبناء الذرة وفق رذرفورد
- أعطى عدم تمركز تلك المجسمات بشكل مباشر على رقائق الذهب دليلاً قوياً على عدم صحة تجربة طومسون، حيث تحركت المجسمات إلى الرقائق قبل أن تنعكس.
- استخرج رذرفورد تفسيرات لنتائج غير متوقعة لتجربته، مستفيدًا من وجود الأنوية والجسيمات الصغيرة المحيطة بها.
- ابتكر رذرفورد نموذجاً يُظهر وجود النواة في مركز الذرة، مع الدوران المستمر للإلكترونات حولها، ورغم أنه لم يسميها في البداية، إلا أنه تعرف عليها لاحقًا.
- ثبت رذرفورد أن تلك النواة الصغيرة ذات الشحنة الموجبة مركزية في الذرة، تجعلها تؤثر بشكل كبير على التركيب الذري.
العوامل المؤثرة في نظرية الذرة وفق رذرفورد
- أوضح رذرفورد أن الشحنة الموجبة في مركز الذرة تحاط بكتلة كبيرة من الإلكترونات ذات الشحنة السالبة، التي تدور حول النواة.
- ركز رذرفورد على الشحنة في الجزء الصغير المعروف بالنواة، ولم يفكر في التركيز على الإلكترونات أو الكتلة الذرية المتبقية.
- أشار رذرفورد إلى أن الشحنة الموجبة في نواة الذرة تتناسب بصورة مباشرة مع كتلة الذرة الهيدروجينية.
نموذج الذرة حسب إرنست رذرفورد
- أثبتت تجارب رذرفورد أن الشحنات الثقيلة مثل الذهب تتجمع في منطقة النواة، وعدم تواجدها في أماكن الإلكترونات.
- بين رذرفورد أن دوران الإلكترونات حول النواة لم يؤثر بشكل واضح على تشتت جسيمات ألفا داخل الذرة.
- تتجمع الشحنات الموجبة في منطقة النواة فقط، حيث تتناسب هذه الشحنات مع الكتلة الذرية.
إسهام تجربة رذرفورد للذرة في العلم المعاصر
- استنتج العلماء بعد تجربة رذرفورد أن الذرة ليست جسماً واحداً، بل تتكون من عدة جزيئات مكونة من أجزاء صغيرة للغاية.
- أكد العلماء في مختلف دول العالم على أن الذرة تحتوي على عدد كبير من الشحنات الموجبة المتجمعة في النواة.
- حدد علماء الفيزياء كيفية تطابق عدد الإلكترونات الموجودة حول الذرة مع الشحنات في النواة باستخدام تقنيات الأشعة السينية.
رمزية نموذج رذرفورد للذرة
- أظهر رذرفورد أن الإلكترونات تدور حول النواة بشكل حلقي، وهو مفهوم تم تأكيده من قبل علماء آخرين.
- اعتمد رذرفورد على رموز معينة ليعبر عن نظرية الذرة الخاصة به من خلال جامعة مانشستر، رغم أنه كان هناك استخدام رموز تعبر عن الطاقة النووية.
- حدد بعض العلماء الأمريكيين رموزًا خاصة تعبر عن الأفكار الملحدة، التي استخدموها للدلالة على موقفهم العلمي.
- يُظهر الرمز الذي استخدمه رذرفورد الكثير من المؤسسات المرتبطة بالطاقة النووية التي تهم الدول المختلفة.
خطوات تجربة رذرفورد ونموذجه الذري
- بدء رذرفورد تجربته بإصطدام جسيمات ألفا مع صفائح معدنية مغطاة بكبريتيد الزنك، ليحصل على العدد الصحيح لتلك الجسيمات.
- أضاف رذرفورد صفائح رقيقة من الذهب بين جسيمات ألفا واللوحات المعدنية.
- أظهرت المشاهدات أن معظم جسيمات ألفا نفذت إلى الصفائح المعدنية دون انحراف كبير.
- أثبتت المراقبات أيضًا أن عددًا ضئيلًا من جسيمات ألفا انحرف عن مسارها عند نفاذها عبر صفائح الذهب.
- استنتاجًا من تلك التجارب، أظهر رذرفورد أن عددًا قليلاً من الجسيمات لم تتمكن من النفاذ، مما يعني انعكاسها عن المسار الصحيح.
- اختار رذرفورد الذهب لأنه معدن قابل للتشكيل بسهولة، ما سهل إجراء التجربة.
- تم التركيز أيضًا على الأوراق الذهبية نظرًا لقدرتها على مساعدة العلماء في تحديد العدد الصحيح لجسيمات ألفا.
الأسباب المختلفة لفشل نظرية رذرفورد بشأن الذرة
- لم يحدد رذرفورد مستويات الإلكترونات داخل الذرة، وركز فقط على بعض الإلكترونات المحيطة بالنواة.
- أغفل أيضًا كيفية دوران الإلكترونات حول النواة، مما أدى إلى تلقي نقد مستحق عن هذا الأمر.
عيوب نموذج رذرفورد للذرة
- تدور الإلكترونات حول النواة بشكل يجعلها تكتسب سرعة أقل، مما يمكنها من الاقتراب من النواة بطريقة تُنذر بخطر دخولها إليها.
- تظهر الإلكترونات حول النواة طاقة كهرومغناطيسية بسبب حركتها الدورانية، مما يُنتج طيفًا متواصلًا.
