الذرة وفق نظرية الكم

جاء ماكس بلانك (1858-1947) ليقول بان قوانين الكلاسيكية لا تعمل مع في هذا المجال لان الموجات الكهرومغناطيسية تكون على شكل وحدات صغيرة الحجم اطلق عليها اسم (الكم )

ثم جاء بعد ذلك نيلز بور (1885-1962) و اعتمد على نتائج بلانك و اينشتاين و عمل تجاربة و توصل للتالي :

اعتمادا على افكار بلانك واينشتاين ، استطاع العالم بور تفسير طيف ذرة الهيدروجين وحساب طاقة الإلكترون فيها . وهذا هو ملخص نظرية بور على شكل نقاط :

1- هنالك مجموعة محددة من المدارات الدائرية ( مستويات الطاقة ) يدور فيها الكترون ذرة الهيدروجين حول النواة ويمكن التعبير عنها بالارقام 1 ، 2 ، 3 ….إلخ من الأقرب إلى الأبعد عن النواة .

2- ما دام الإلكترون يحتل نفس المدار ولا يغيره فإنه لا يشع ضوءا ( طاقة ) ولا يمتصها.

3- يمكن للإلكترون أن ينتقل من مستوى إلى مستوى آخر بحيث :

أ- تشع الذرة طاقة اذا انتقل الالكترون من مستوى ذو طاقة عالية إلى مستوى ، ذو طاقة أخفض, وينتج عن هذا الانتقال طيف الاشعاع الخطي الذي يمثل الفرق بين المستويين . طاقة = ثابت بلانك × التردد

ب- تمتص الذرة الطاقة بكميات محددة إذا انتقل الإلكترون من مستوى ذو طاقة منخفضة إلى مستوى ذو طاقة أعلى ، أي عندما تهيج الذرة بإعطائها كمية من لقد استطاع بور وضع معادلة رياضية حسب بواسطتها طاقة الإلكترون في كل مستوى من هذه المستويات .

قصور نظرية بور :

1- لم يستطع نموذج بور تفسير أطياف الذرات الاكثر تعقيدا من ذرة الهيدروجين التي تحتوي على الكترونات واحد .

2- افترض أنه يمكن تعيين كلا من مكان وسرعة الالكترون في نفس الوقت بدقة وهذا عمليا مستحيل .

3- افترض ان الالكترون جسيم مادي ولم يعتبر الطبيعة الموجية للالكترونات .

تاريخ الذرة وفق النظرية الكلاسيكية

الفيلسوف اليوناني ديموقريطوس(460-370 ق.م ) هو اول من تكلم عن الذرة (atom ) و التي اخذها من الكلمة اليونانية (atomos ) و التي تعني الغير قابل للقسمة حيث انه قال بان هناك جسيمات صغيرة هي الوحدة البنائية للمادة .

ثم جاء جون دالتون (1766-1844) لاحظ ان المواد تتحد مع بعضها بعض بنسب ثابتة( على سبيل المثال كمية الاوكسجين الثابتة و التي تتحد مع كمية ثابتة من الهيدروجين ليكون كمية من الماء نستطيع ان نتنبأ بها) هذا هو قانون النسب الثابتة و هو اول قانون علمي في نظرية الذرية :

1- كل المواد تتكون من جزيئات صغيرة غير قابلة للتجزئة تسمى ذرات
2- كل جزيئات العنصر (في العنصر الواحد ) تكون متماثلة
3- جزيئات العناصر المختلفة غير متماثلة
4- تتكون المركبات من اتحاد عنصرين او اكثر و يكون اتحادها بنسب ثابتة



في القرن التاسع عشر كان هناك جهاز عبارة عن انبوب ز جاجي مفرغ من الهواء . عندما يمر التيار الكهربائي تظهر الوان داخل الانبوب . و تنتقل هذة الالوان في الفراغ من القطب السالب و يسمى كاثود الى القطب الموجب و يسمى انود . و قد قام العلماء بتجارب على هذا الانبوب :

1- قام العلماء بوضع جسم بين الكاثود و الانود فوجدوا ان ظل ذلك الجسم باتجاة الانود مما يبين ان تدفق الطيف يكون من الكاثود الى الانود (كما توضح الصورة 1) لذلك سميت اشعة الكاثود و الانبوب سمي انبوب الكاثود

2- قاموا بوضع دولاب ( عجلة ) في طريق الطيف فقام و حرك هذا الدولاب مما يدل ان هذا الطيف له خاصية جزيئية

صورة 1

جوزيف جون تومسون (1856-1940) بين ان عندما تمر اشعة الكاثود عند مجال كهربائي فانها تبتعد عن القطب المشحون بشحنة سالبة فاستنتج ان شحنة الطيف لابد و ان تكون سالبة لان الشحنات المتشابهه تتنافر و الشحنات المختلفة تتجاذب (شاهد صورة 2 ) . و قد قام بحساب مقدار انحناء الشحنات السالبة ( اشعة الكاثود ) عندما تمر بمجال مغناطيسي -شاهد هذا الرابط الموجود في الموقع ادناه - (http://www.youtube.com/watch?v=XU8nMKkzbT8) كما انه قام بحساب نسبة كتلة الجزئ الى شحنتة . ووجد ان تلك القيمة اكبر من ايون الهيدروجين (H+) بالف مرة . فاستنتج نومسون ان اشعة الكاثود لابد و ان تكون جزء من الذرة و كان هذا الاستنتاج بهدم نظرية ديموقريطوس و التي تقول بعدم القدرة على تجزء الجزيئات .ووجدت جسيمات اصغر منها سميت لاحقا بالالكترونات . قال تومسون " الذرات تتكون من الكترونات متوزعة في سحابة موجبة الشحنة للمادة .

صورة 2

اندرست رذرفورد (1871-1937) وجد ان المواد المشعة تصدر نوعين من الاشعة سمى احدها الفا (a) و الاخرى اسماها بيتا (B) . اراد رذرفورد ان يرى ماذا يحدث لجزيئات الفا عندما تقذف على صفيحة رقيقة من الذهب . كان يعرف ان تلك الجزيئات اكبر من الالكترونات و لها . عندما قام بالتجربة و جد ان اكثر الجزيئات تنفذ دون تغير في المسار و هناك كمية قليلة تنفذ بانحراف عن مسارها (شاهد صورة 3 )

صورة 3

تفاجئ رذرفورد من تلك النتيجة لان تصورة عن اللذرة انها تحوي جزيئات صغير سالبة الشحنة فلن تؤثر في مسار الطيف (شكل 4 الصورة في الجانب الايسر ) و لم يتوقع ان يحدث هناك انعكاس للطيف (شكل 4 يمين ) فاستنتج التالي

1- نفذت معظم جسيمات ألفا ولم تعاني أي انحرافوهذا ويدل على أن معظم حجم الذرة فراغ وليست مصمتة كما تصورها دالتون وطمسن .

2- بعض جسمات الفا لم تنفذ و ارتدت عكس مسارهاوهذا يدل على انها اصطدت بجس صغير الحجم كبير الكتلة تتركز فيه معظم حجم الذرة وهي النواة.

3- نفذت بعض جسيمات الفا ثم ارتدت عكس مسارهاوهذا يدل على انها اصطدمت بجسم مشحون بشحنة مشابهة أي موجبة لأن جسيمات الفا موجبة الشحنة فاستنتج أن شحنة النواة موجبة.

(صورة 4 )

وقع رزرفورد في مازق لان في الفيزياء انه عندما تدور شحنة سالبة على شحنة موجبة سوف تطلق اشعاعات كهرومغناطيسية و تخسر طاقة سوف تتحرك بشكل لولبي للاسفل و تصتدم بالشحنة الموجبة (سوف تتحطم النواة ) .كما فشل رذرفورد في تفسير الطيف الخطي

ماهو علم الكيمياء

الكيمياء : هو العلم الذي يهتم بالعناصر و المواد الكيميائية و التغيرات التي تطرا عليها . و تنقسم الى :

1- كيمياء عضوية : كيمياء مركبات الكربون . سمية عضوية لانه كان يعتقد انه لا يمكن الحصول عليها الا من خلال الاعضاء الحية سواء اكانت حيوانية او نباتية و لكن ثبت لاحقا ان هذا الاعتقاد كان خاطئ .

2- الكيمياء التحليلية : فرع من علم الكيمياء يهتم بالتقدير الكمي والنوعي للعناصر او المركبات المكونة للماده المراد تحليلها. وينقسم هذا الفرع إلى عدة طرق واساليب يمكن استخدامها ولكل منها استخداماته وأهميته منها: التحليل الحجمي والتحليل الوزني والتحليل الحراري والتحليل النوعي والتحليل الطيفي والتحليل الآلي والتحليل الكهربائي. ويمكن لبعض هذه الطرق أن تكتشف وجود المركبات او العناضر وبحساسية عاليه قد تصل إلى تركيز جزء من مليون مليار جرام باللتر.

3- الكيمياء الغير عضوية :هى الكيمياء التى تهتم بدراسة المركبات الغير عضوية اى مركباتها لا تحتوي على الكربون ودراسة خواصها الكيميائية والفيزيائية.

4- الكيمياء الفيزيائية : تضع و تطور الاسس و القوانين تحكم التغيرات الكيميائية . و تشمل دراسة المواد و تركيبها و تحليل سرعة التفاعلات الكيميائية و امكانية حدوثها . كما انها الاساس الذي تقوم عليها اجهزة التحليل الكيميائي مثل الطرق الكمية و الكهروكيميائية بالاضافة الى الاجهزة التي تقوم بقياس الخواص الفيزيائية للمواد مثل معامل الانكسار و اللزوجة و درجة الغليان و التجمد

* ملاحظة : الخواص الكيميائية تحدث تغير من هوية المركب مثل ثبات المركب في البيئات التي يتواجد فيها و نوع الروابط و الشكل الكيميائي للمركب , اما الخواص الفيزيائية فلا تحدث أي تغير في هوية المركب