ساعدوني للصف العاشر

ظل تركيب الذرة و ما يجري في هذا العالم البالغ الصغر، ظل و ما زال يشغل العلماء و يدفعهم إلى اكتشاف المزيد. و من هنا أخذت تظهر فروع جديدة في العلم حاملة معها مبادئها و نظرياتها الخاصة بها، بدءاً بمبدأ الشك (اللاثقة)، مروراً بنظريات التوحيد الكبرى، و انتهاءً بنظرية الأوتار الفائقة.

حجم الذرة
لا يمكن تحديد حجم الذرة بسهولة حيث أن المدارات الإلكترونية ليست ثابتة ويتغير حجمها بدوران الإلكترون فيها . ولكن بالنسبة للذرات التى تكون في شكل بللورات صلبة ، يمكن تحديد المسافة بين نواتين متجاورتين وبالتالى يمكن عمل حساب تقديري لحجم النواة . والذرات التى لا تشكل بللورات صلبة يتم استخدام تقنيات أخرى تتضمن حسابات تقديرية . فمثلا حجم ذرة الهيدروجين تم حسابها تقريبيا على أنه 1.2× 10-10 م . بالمقارنة بحجم البروتون وهو الجسيم الوحيد في نواة ذرة الهيدروجين 0.87× 10-15 م . وعلى هذا فإن النسبة بين حجم ذرة الهيدروجين وحجم نواتها تقريبا 100,000 .وتتغير أحجام ذرات العناصر المختلفة ، ويرجع ذلك لأن العناصر التى لها شحنات موجبة أكبر في نواتها تقوم بجذب اإلكترونات بقوة أكبر ناحية النواة .

ظهر مصطلح الذرة (atom) على يد الفيلسوف (ديموقريطيس) في القرن الخامس قبل الميلاد دون دليل تجريبي على ذلك سوى فكرة بديهية فلسفية فكل شيء في الكون يتكون من أشياء صغيرة وهذه تتكون من أصغر وهكذا بالتتابع فأفترض أن المادة تتكون من وحدات أولية غير قابلة للإنقسام أعطاها اسم ذره وظل هذا المصطلح يسبح في الذاكرة البشرية لقرون حتى جاء العالم الإنجليزي (دالتون) في القرن الثامن عشر الميلادي ليضيف إلى ذلك أن هذه الذرات تتجاذب متحدة لتصنع المركبات وقدم هذا العالم قانونه الشهير في تفاعل الغازات.

طرق الخيط:-

مع اكتشاف الكهرباء ظهرت تقنية أشعة المهبط (cathode-ray) وهي التي تظهر أثناء تمرير الكهرباء في أنبوب مفرغ من الهواء (فكرة التلفزيون فيما بعد) فوجد الفيزيائيون انحراقاً لهذه الأشعة بتأثير أي مجال مغناطيسي يسلط عليها بل وقد تصنع ظلالاً إذا أعترضها أي جسم فبدأ الاعتقاد أن هذه الأشعة تتكون من جسيمات تملك شحنة كهربائية سالبة وبدأ البحث عن كنهها فأثبت العالم (تومسون) في عام 1879م أن هذه الجسيمات هي الالكترونات (electrons) وقاس كتلتها وقدرها 10.9.1 -27 جم. ثم باكتشاف النشاط الإشعاعي للعناصر الثقيلة في عام 1896م على يد العالم (هنري بيكريل) تم تصنيفها فيما بعد في ثلاث إشعاعات هي أشعة ألفا (α) وأشعةبينا (β) ً وأشعة جاما ( γ ) كان هذا الاكتشاف المدخل لمعرفة بينة الذرة الداخلية بعد ذلك

وجاء رذر فورد

يكون عدد البروتينات الموجبه مساو لعدد الالكترونات السالبة ليعطي التوازن الكهربائي للذرة وهذا العدد يمثل شخصية الذرة بمعنى أن الاختلاف بين الذرات في العناصر المتعددة يعود لعدد هذه البروتينات فبزيادة العدد أو نقصانه يكون عنصراً آخر فمثلاً بروتونات الهيدروجين واحد والهيليوم أثان وهكذا اليورانيوم أثنان وتسعون وهذا ما عرف بالعدد الذري للعنصر (Atomic number).

وحاصل جمع عدد النيترونات مع عدد البروتونات يعطي العد الكتلي (Mass Number) للعنصر فمثلاً العدد الكتلي لذرة الهيدروجين الطبيعي تساوي أثنان (أي واحد بروتون وواحد النيترون) فظهر لهذا السبب نظائر العنصر الواحد أي أوجه مختلفة لنفس العنصر كلها لها نفس العدد الذري لكنها تختلف في العدد الكتلي تبعاً لزيادة أو نقصان عدد النيترونات في النواه تسمى النظائر (isotopes) فعنصر الهيدروجين له نظيران هما: الدتريوم عدده الكتلي أثنان والتيرتيوم عدده الكتلي ثلاثة (واحد بروتون واثنان نيترون) ويرمز لها 2H1 حيث الرقم العلوي يمثل العدد الكتلي والسفلي العدد الذري وهكذا تعددت النظائر في الحياة.

وهذه النظائر تم تصنيفها إلى قسمين الأولى مشعة (غير منفردة) والأخر مستقر فالمشع تكون نواته غير مستقرة وتصدر الإشعاعات السابقة لتتحول إلى عنصر آخر مستقر (وتظهر هذه الحالة في العناصر التي يزيد عددها الذري عن 85) والوقت اللازم لهذه العناصر لتستقر وتتحول إلى عناصر غير مشعة يسمى عمر نصف النظير قد يصل إلى ملايين سنوات كما في نظائر اليورانيوم أو إلى عدة ثوان كما في نظائر الرصاص.)

ويوجد في الكون 280 نظير مستقر و 46 نضير مشع أما العناصر المستقرة هي العناصر العادية.

هيولي الإلكترون:-

1

1840

تطورت النظريات بعد ذلك ولكنها تنصب في شرح سلوك هذه الجسيمات الثلاث داخل الذرة وعلاقتها مع بعضها البعض وهذه النظريات انطلقت من نموذج رذر فورد السابق الذكر في محاولة لتحسينه وتطوير الأفكار عليه.. فكان اقتراح العالم (نيلزبوهر) أن الالكترونات تدور حول النواة في مدارات ثم رصدها بـ7 مدارات (كدوران الكواكب حول الشمس) وتم رصد كم استيعاب كل مدار من الالكترونات وأن المتحكم في بقاء هذه الالكترونات على هذه المدارات هي الطاقة التي تمتلكها بحيث تظل على تلك المدارات أو تغادرها لكن تحديد مكان الالكترون على المدار كانت المعضلة نتيجة للسرعة الفائقة لدوران الالكترون (7ملايين مليار لفة في الثانية) مكوناً السحابة الالكترونية (electron cloud) حول النواة.

وهذا الالكترون صار له طبيعتين هما الموجبين والجسيمة (نظراً لكتلته تقدر بحوالي 1/1840 كتلة البروتون) فقادت هذه الازدواجية لفرضية دالة الاحتمالية على مكان الالكترون ومبدأ عدم اليقين فيما بعد…

مارد القمم العجيب:-

منذ أن ظهرت النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين عام 1905م والتي دلت على أن الطاقة والكتلة وجهان لعملة واحدة أي يمكن تحويل الكتلة إلى طاقة حسب معادلة اينشتاين الشهيرة الطاقة= الكتلة* مربع سرعة

الضوء كان ذلك ابذانا بفتح كبير داخل الذرة وأنه يمكن تحرير طاقة عظيمة مخزونة فيها ولكن أين هذه الطاقة؟

من معرفتنا بنموذج الذرة الأخير فالنواة تحوي البروتونات الموجبة والنيترونات المتعادلة تدور حولها الكترونات سالبة فلو سألنا أنفسنا لماذا لا تتنافر البروتونات الموجبة الموضوعة متجاورة في نواة الذرة؟

لأن هناك قوة أطلق عليها اسم القوة النووية الشديدة (Strong nuclear) تقوم ربط البروتونات مع بعضها البعض متغلبة على قوة التنافر بينها وتظهر هذه القوة كطاقة فيما يسمى بالاندماج النووي.

الاندماج النووي Nuclear fusion:-

عند إلتحام نوى ذرات صغيرة لتكوين نوى أكبر يصاحب ذلك تحرر طاقة كبيرة نسميها طاقة الاندماج النووي وتحتاج هذه العملية لطاقة كبيرة لكنها تنتج طاقة أكبر وهذا موجود في قلب (الشمس) حيث الحرارة 15مليون درجة مطلقة. فتندمج 600 مليون طن من الهيدروجين في كل ثانية منتجاً نبضة واحدة بطاقة مليون قنبلة نووية.. وكان هذا الأساس لصناعة القنابل النووية (الهيدروجينية) التي تم تفجيرها لأول مرة عام 1952م وعلى النقيض من ذلك فالطاقة المتحررة من فلق الذرة (حسب معادلة اينشتاين) هذه الطاقة المتحررة هي القوة النووية الضعيفة(Nuclear fission) (أقل ضعف من القوى النووية الشديدة من مائة ألف مرة) تقودنا لمفهوم الانشطار النووي.

الانشطار النووي Nuclear fission:-

هي تفكك نواة كبيرة (غير مستقرة) مكونة نوى أصغر ومحررة طاقة كبيرة كتفكك لنواة اليورانيوم عند قذفها بنيترون إلى أنوية أصغر ويكون هذا الانشطار متحكم فيه كما في المفاعلات الذرية أو غير متحكم فيه كما في القنابل الذرية وقد استخدمت هذه التقنية في أوائل الأربعينات لصناعة قنبلة ذرية والجدير بالذكر أن القنابل الهيدروجينية المستخدمة الطاقة النووية الشديدة يكون فتيلها قنبلة ذرية.

تقنية المســـرعات:-

كانت جهود العلماء حثيثة لسير أعماق الذرة أكثر فأكثر فاحتاجوا لتقنية تسمح لهم الولوج إلى عالم الذرة المتناهي الصفر فكانت تقنية المسرعات تقوم هذه التقنية على تعجل (تسريع) جسيمات ذرية صغيرة (كالبروتونات مثلاً) وإكسابها طاقة عالية جداً ثم يسمح لها بالاصطدام بأهداف نووية وبعد الاصطدام يتم فحص النتائج لمعرفة أكبر لهذه الجسيمات… وتقاس هذه الطاقة بوحدة تسمى الالكترون فولت (electron volt) فإذا عبر الجسيم ناقل كهربائي لآخر يزيد عليه فولت واحد فقد أكتسب طاقة مقدارها الكترون فولت واحد.

فكانت أول المسرعات (accelerators) هو المسرع الخطي في عام 1928م على يد (رولف فيدرو) في ألمانيا ثم ظهر (السيكلوترون) في عام 1930م على يد (أورلاند لونس) بطاقة 80.000 الكترون فولت ثم في عام 1952م كان السنكروتون لتعجيل البروتونات بطاقة مليار الكترون فولت وفي عام 1967م كان المعجل (سلاك) ذو الطول 3كم الذي أكتشف جسيمات داخل البروتون وآخر الأمر كان المعجل في مختبر (ديزي) في ألمانيا عام 1992م بطول 4أميال وطاقة مقدارها 30مليار الكترون فولت ومشروع المعجل الفائق الذي يعمل بطاقة (10 19) الكترون فولت وبقطر 53 ميل في الطريق إلينا.

عالـــم جـديــد:-