سلسلة فيزياء الجسيمات ( 11 )

النموذج الذري الحديث ..
____________________________________

ارجو التركيز في هذه الحلقة وفي الحلقات القادمة إن شاء الله، حيث تعتبر هذه الحلقة هي المدخل إلى فيزياء الجسيمات الحديثة … انتهينا في الحلقة القادمة إلى نموذج نيلز بور وافتراضاته والتي كانت عبارة عن :

1- الإلكترونات تدور حول النواة في مسارات دئرية الشكل وضمن مدارات محددة ولها طاقات ثابتة ومحددة.

2- كل مدار له طاقة محددة وثابتة يعبر عنها بأرقام صحيحة من 1-7 سميت بالأعداد الكمية الرئيسية ده طبعا عمليا – لكن نظريا فمستويات الطاقة لا نهائية -.

3- لا يفقد الإلكترون طاقة ما دام في مداره وإذا صعد لمدار أعلى فإنه يكتسب طاقة تسمى طيف امتصاص. وإذا نزل لمدار أدنى فإنه يفقد طاقة ضوئية تسمى طيف انبعاث.

ثم أعقب ذلك ما يُعرف بالنموذج الذري الحديث وفيه تتكون الذرة من سحابة من الشحنات السالبة (الإلكترونات) تحوم حول نواة موجبة الشحنة صغيرة جدا في الوسط.

وتتكون النواة الموجبة هذه من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة.

إذا نحن الآن في عالم جديد ذو مفاهيم جديدة وهو العالم الذري، فبعد أن كانت الذرة جزء لا يمكن تجزئته، أصبحت عالما هي أكبر ما يميزه، فالذرة هي أصغر جزء من العنصر يمكن أن يتميز به عن بقية العناصر؛ إذ كلما تعمقنا أكثر في المادة لنلاقي البنى الأصغر لن يعود هناك فرق بين عنصر وآخر. فمثلاً، لا فرق بين بروتون في ذرة حديد وبروتون آخر في ذرة يورانيوم مثلاً، أو ذرة أي عنصر آخر.

الذرة، بما تحمله من خصائص؛ عدد بروتوناتها، كتلتها، توزيعها الإلكتروني…الخ، تصنع الفروقات بين العناصر المختلفة، وبين الصور المختلفة للعنصر نفسه (المسماة بالنظائر)، وحتى بين كون هذا العنصر قادراً على خوض تفاعل كيميائي ما أم لا.

ظل وما زال تركيب الذرة وما يجري في هذا العالم البالغ الصغر، يشغل العلماء ويدفعهم إلى اكتشاف المزيد ، ومن هنا أخذت تظهر فروع جديدة في العلم حاملة معها مبادئها ونظرياتها الخاصة بها، بدءاً بمبدأ الشك (الريبة) لهايزنبرج، مروراً بنظريات التوحيد الكبرى، وانتهاءً بفرضية الأوتار الفائقة .

أكثر النظريات التي لاقت قبولا لتفسير تركيب الذرة هي النظرية الموجية ، وهذا التصور مبني على تصور بوهر مع الأخذ في الاعتبار الاكتشافات الحديثة والتطويرات في ميكانيكا الكم.

والتي تنبني على المباديء الآتية :

1- تتكون الذرة من جسيمات تحت ذرية (البروتونات ،الإلكترونات ،النيوترونات)، مع العلم بأن معظم حجم الذرة يحتوى على فراغ.

2- في مركز الذرة توجد نواة موجبة الشحنة تتكون من البروتونات ،النيوترونات (ويعرفوا على أنهم نويات)

3- النواة أصغر 100,000 مرة من الذرة. فلو أننا تخيلنا أن الذرة بإتساع ملعب كرة قدم فإن النواة ستكون في حجم كرة القدم .

4- دالة الطول الموجي للمدار الإلكترونى للهيدروجين. عدد الكم الرئيسي على اليمين من كل صف وعدد الكم المغزلي موضح موجود على هيئة حرف في أعلى كل عمود.

5- معظم الفراغ الذري يتم شغله بالمدارات التي تحتوى على الإلكترونات في شكل إلكترونى محدد.

6- كل مدار يمكن أن يتسع لعدد 2 إلكترون ، محكومين بثلاث أرقام للكم وهم ( عدد الكم الرئيسي ، عدد الكم الثانوي ، عدد الكم المغناطيسي ).

7- كل إلكترون في أي من المدارات له قيمة واحدة لعدد الكم الرابع والذي يسمى عدد الكم المغناطيسي.

8- المدارات ليست ثابتة ومحددة في الاتجاه وإنما هي تمثل احتمالية تواجد 2 إلكترون لهم نفس الثلاث أعداد الكم الأولى ، وتكون آخر حدود هذا المدار هو المناطق التي يقل تواجد الإلكترون فيها عن 90%.

9- عند انضمام الإلكترون إلى الذرة فإنها تشغل أقل مستويات الطاقة ، والذي تكون المدارات فيه قريبة للنواة (مستوى الطاقة الأول) ، وتكون الإلكترونات الموجودة في المدارات الخارجية – مدار التكافؤ – هي المسئولة عن الترابط بين الذرات.

نموذج الغيمة الإلكترونية :
في العام 1926 م تم طرح نموذج الغيمة الإلكترونية ، حيث يتحرك الإلكترون في هذا النموذج في مدى يشبه الغيمة الإلكترونية. و يمكن تشبيه حركة الإلكترون في الغيمة الإلكترونية بحركة مركبة في الشارع ، فالمركبة يمكن أن تسير على يسار الطريق أو يمينه أو في المنتصف ، ولكنها لا يمكن أن تسير على الرصيف .

لكن ما هو الالكترون وكيف تم اكتشافه ؟

تابعونا في الحلقة القادمة، لنتعرف على ذلك .