أصبحت الاكتشافات في مجال التركيب الذري خطوة مهمة في تطوير الفيزياء. كان نموذج رذرفورد ذا أهمية كبيرة. تمت دراسة الذرة كنظام والجسيمات التي تتكون منها بشكل أكثر دقة وتفصيلاً. أدى ذلك إلى التطوير الناجح لعلم مثل الفيزياء النووية.
أفكار قديمة حول بنية المادة
الافتراض بأن الأجسام المحيطة تتكون من أصغر الجزيئات تم افتراضه في العصور القديمة. مثَّل مفكرو ذلك الوقت الذرة على أنها أصغر جسيم غير قابل للتجزئة من أي مادة. لقد جادلوا بأنه لا يوجد شيء في الكون أصغر من الذرة. تم تبني هذه الآراء من قبل العلماء والفلاسفة اليونانيين القدماء العظماء - ديموقريطس ، لوكريتيوس ، أبيقور. تتحد فرضيات هؤلاء المفكرين اليوم تحت اسم "الذرية القديمة".
عروض العصور الوسطى
لقد مرت العصور القديمة ، وفي العصور الوسطى كان هناك أيضًا علماء وضعوا افتراضات مختلفة حول بنية المواد. ومع ذلك ، فإن غلبة الآراء الفلسفية الدينية وقوة الكنيسة في تلك الفترة من التاريخ هي في الأصلقمع أي محاولات وتطلعات للعقل البشري لاستنتاجات واكتشافات علمية مادية. كما تعلم ، تصرفت محاكم التفتيش في العصور الوسطى بطريقة غير ودية للغاية مع ممثلي العالم العلمي في ذلك الوقت. يبقى أن نقول أن العقول اللامعة آنذاك كانت لديها فكرة جاءت من العصور القديمة حول عدم قابلية الذرة للتجزئة.
دراسات القرن 18-19
تميز القرن الثامن عشر باكتشافات جادة في مجال التركيب الأولي للمادة. يعود الفضل إلى حد كبير إلى جهود العلماء مثل أنطوان لافوازييه وميخائيل لومونوسوف وجون دالتون. بشكل مستقل عن بعضهم البعض ، كانوا قادرين على إثبات أن الذرات موجودة بالفعل. لكن مسألة هيكلهم الداخلي ظلت مفتوحة. تميزت نهاية القرن الثامن عشر بحدث مهم في العالم العلمي مثل اكتشاف النظام الدوري للعناصر الكيميائية بواسطة D. I Mendeleev. لقد كان هذا اختراقًا قويًا حقًا في ذلك الوقت ورفع الحجاب عن فهم أن كل الذرات لها طبيعة واحدة ، وأنها مرتبطة ببعضها البعض. لاحقًا ، في القرن التاسع عشر ، كانت الخطوة المهمة الأخرى نحو تفكيك بنية الذرة هي إثبات احتواء أي منها على إلكترون. مهّد عمل علماء هذه الفترة أرضًا خصبة لاكتشافات القرن العشرين.
تجارب طومسون
أثبت الفيزيائي الإنجليزي جون طومسون في عام 1897 أن الذرات تحتوي على إلكترونات ذات شحنة سالبة. في هذه المرحلة ، تم تدمير الأفكار الخاطئة القائلة بأن الذرة هي حد تقسيم أي مادة. كيفاستطاع طومسون إثبات وجود الإلكترونات؟ في تجاربه ، وضع العالم أقطابًا كهربائية في غازات شديدة التخلخل ومرر تيارًا كهربائيًا. وكانت النتيجة أشعة الكاثود. درس طومسون ميزاتها بعناية ووجد أنها عبارة عن تيار من الجسيمات المشحونة التي تتحرك بسرعة كبيرة. تمكن العالم من حساب كتلة هذه الجسيمات وشحنتها. اكتشف أيضًا أنه لا يمكن تحويلها إلى جسيمات محايدة ، لأن الشحنة الكهربائية هي أساس طبيعتها. هكذا تم اكتشاف الإلكترونات. طومسون هو أيضًا مبتكر أول نموذج في العالم لهيكل الذرة. وفقًا لذلك ، فإن الذرة عبارة عن مجموعة من المواد الموجبة الشحنة ، حيث يتم توزيع الإلكترونات سالبة الشحنة بالتساوي. يشرح هذا الهيكل الحياد العام للذرات ، لأن الشحنات المعاكسة تتوازن مع بعضها البعض. أصبحت تجارب جون طومسون لا تقدر بثمن لمزيد من الدراسة لبنية الذرة. ومع ذلك ، ظلت العديد من الأسئلة دون إجابة.
أبحاث رذرفورد
اكتشف طومسون وجود الإلكترونات ، لكنه فشل في العثور على جسيمات موجبة الشحنة في الذرة. صحح إرنست رذرفورد سوء التفاهم هذا في عام 1911. خلال التجارب ، أثناء دراسة نشاط جسيمات ألفا في الغازات ، اكتشف أن هناك جسيمات موجبة الشحنة في الذرة. رأى رذرفورد أنه عندما تمر الأشعة عبر غاز أو من خلال لوحة معدنية رفيعة ، ينحرف عدد صغير من الجسيمات بحدة عن مسار الحركة. تم إرجاعهم حرفيا. خمن العالم ذلكيفسر هذا السلوك من خلال الاصطدام بجسيمات موجبة الشحنة. سمحت مثل هذه التجارب للفيزيائي بإنشاء نموذج رذرفورد لبنية الذرة.
نموذج الكواكب
الآن كانت أفكار العالم مختلفة إلى حد ما عن الافتراضات التي قدمها جون طومسون. وأصبحت نماذجهم من الذرات مختلفة أيضًا. سمحت له تجربة رذرفورد بإنشاء نظرية جديدة تمامًا في هذا المجال. كانت اكتشافات العالم ذات أهمية حاسمة لمزيد من تطوير الفيزياء. يصف نموذج رذرفورد الذرة على أنها نواة تقع في المركز ، وتتحرك الإلكترونات حولها. النواة لها شحنة موجبة ، والإلكترونات لها شحنة سالبة. افترض نموذج رذرفورد للذرة دوران الإلكترونات حول النواة على طول مسارات معينة - مدارات. ساعد اكتشاف العالم في تفسير سبب انحراف جسيمات ألفا وأصبح الدافع لتطوير النظرية النووية للذرة. في نموذج رذرفورد للذرة ، هناك تشابه مع حركة كواكب النظام الشمسي حول الشمس. هذه مقارنة دقيقة للغاية وحيوية. لذلك ، فإن نموذج رذرفورد ، الذي تتحرك فيه الذرة حول النواة في مدار ، كان يسمى كوكبيًا.
يعمل من قبل نيلز بور
بعد ذلك بعامين ، حاول الفيزيائي الدنماركي نيلز بور الجمع بين الأفكار حول بنية الذرة والخصائص الكمومية لتدفق الضوء. وضع العالم نموذج رذرفورد النووي للذرة كأساس لنظريته الجديدة. وفقًا لبوهر ، تدور الذرات حول النواة في مدارات دائرية. مثل هذا المسار للحركة يؤدي إلى التسارعالإلكترونات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تفاعل كولوم لهذه الجسيمات مع مركز الذرة يكون مصحوبًا بتوليد واستهلاك الطاقة للحفاظ على المجال الكهرومغناطيسي المكاني الناشئ عن حركة الإلكترونات. في ظل هذه الظروف ، يجب أن تسقط الجسيمات سالبة الشحنة على النواة يومًا ما. لكن هذا لا يحدث ، مما يدل على زيادة استقرار الذرات كنظم. أدرك نيلز بور أن قوانين الديناميكا الحرارية الكلاسيكية التي وصفتها معادلات ماكسويل لا تعمل في الظروف داخل الذرة. لذلك حدد العالم لنفسه مهمة استنباط أنماط جديدة تكون صالحة في عالم الجسيمات الأولية.
مسلمات بوهر
بسبب حقيقة وجود نموذج رذرفورد ، تمت دراسة الذرة ومكوناتها جيدًا ، تمكن نيلز بور من الاقتراب من إنشاء افتراضاته. أولهما يقول أن للذرة حالات ثابتة لا تغير فيها طاقتها ، بينما تتحرك الإلكترونات في مدارات دون تغيير مسارها. وفقًا للافتراض الثاني ، عندما ينتقل إلكترون من مدار إلى آخر ، يتم إطلاق الطاقة أو امتصاصها. إنه يساوي الفرق بين طاقات حالات الذرة السابقة واللاحقة. في هذه الحالة ، إذا قفز الإلكترون إلى مدار أقرب إلى النواة ، فإن الطاقة (الفوتون) تنبعث ، والعكس صحيح. على الرغم من حقيقة أن حركة الإلكترونات تحمل القليل من التشابه مع مسار مداري يقع بدقة في دائرة ، فقد قدم اكتشاف بوهر تفسيرًا ممتازًا لوجود مسار مداري.طيف ذرة الهيدروجين. في نفس الوقت تقريبًا ، أكد الفيزيائيان هيرتز وفرانك ، اللذان عاشا في ألمانيا ، تعاليم نيلز بور حول وجود حالات ثابتة ومستقرة للذرة وإمكانية تغيير قيم الطاقة الذرية.
تعاون اثنين من العلماء
بالمناسبة ، لم يتمكن رذرفورد من تحديد شحنة النواة لفترة طويلة. حاول العالمان مارسدن وجيجر إعادة التحقق من أقوال إرنست رذرفورد ، ونتيجة لتجارب وحسابات مفصلة ودقيقة ، توصلوا إلى استنتاج مفاده أن النواة هي أهم ما يميز الذرة ، وكل شحنتها. يتركز فيه. في وقت لاحق ثبت أن قيمة شحنة النواة تساوي عدديًا الرقم الترتيبي للعنصر في النظام الدوري لعناصر D. I. Mendeleev. ومن المثير للاهتمام أن نيلز بور سرعان ما التقى رذرفورد ووافق تمامًا على آرائه. بعد ذلك ، عمل العلماء معًا لفترة طويلة في نفس المختبر. نموذج رذرفورد ، الذرة كنظام يتكون من جسيمات أولية مشحونة - كل هذا اعتبره نيلز بور عادلاً ووضع جانبًا نموذجه الإلكتروني إلى الأبد. كان النشاط العلمي المشترك للعلماء ناجحًا للغاية وأتى بثماره. تعمق كل منهم في دراسة خصائص الجسيمات الأولية وقام باكتشافات علمية مهمة. اكتشف رذرفورد لاحقًا وأثبت إمكانية التحلل النووي ، لكن هذا موضوع لمقال آخر.
