نموذج بوهر للذرة.
يمكنك البحث عن صورة لذرة على الإنترنت وستجد واحدة ، على الرغم من أن أحدا لم يرها بالفعل من قبل. لكن لدينا تقديرًا لما تبدو عليه ذرة واحدة بسبب عمل مجموعة من العلماء المختلفين مثل الفيزيائي الدنماركي نيلز بور.
الذرات هي اللبنات الأساسية للمادة - ذرة واحدة من أي عنصر فردي هي الكيان الأساسي في الطبيعة الذي لا يزال يلتزم بقواعد الفيزياء التي يمكننا ملاحظتها في الحياة اليومية (الجسيمات دون الذرية التي تتكون منها الذرات لها قواعدها الخاصة) . اشتبه العلماء في وجود الذرات لفترة طويلة قبل أن يتمكنوا من وضع تصور لبنيتها - حتى الإغريق القدماء اكتشفوا أن مادة الكون تتكون من مكونات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تقسيمها إلى أي شيء أصغر ، وأطلقوا على هذه الوحدات الأساسية atomos ، وهو ما يعني "غير مقسم". بحلول نهاية القرن التاسع عشر ، كان من المفهوم أنه يمكن تقسيم المواد الكيميائية إلى ذرات ، والتي كانت صغيرة جدًا وذرات العناصر المختلفة لها وزن يمكن التنبؤ به.
ولكن بعد ذلك ، في عام 1897 ، قام الفيزيائي البريطاني ج. اكتشف طومسون الإلكترونات - وهي جسيمات سالبة الشحنة داخل الذرات أمضى الجميع الجزء الأكبر من قرن في الاعتقاد بأنها غير قابلة للتجزئة تمامًا - باعتبارها أصغر الأشياء الموجودة. افترض طومسون للتو أن الإلكترونات موجودة ، لكنه لم يستطع تحديد كيفية تناسب الإلكترونات في الذرة. كان أفضل تخمين له هو "نموذج حلوى البرقوق" ، الذي صور الذرة على أنها فطيرة مشحونة إيجابًا ومرصعة بمناطق سالبة الشحنة منتشرة في جميع الأنحاء مثل الفاكهة في حلوى قديمة.
يقول دودلي هيرشباخ ، الكيميائي في جامعة هارفارد الذي شارك في جائزة نوبل في الكيمياء عام 1986 عن مساهماته المتعلقة بديناميات العمليات الأولية الكيميائية ، كتب في بريده إلكتروني: "وُجد أن الإلكترونات كهربائية سالبة ، وجميعها لها نفس الكتلة وصغيرة جدًا مقارنة بالذرات" . "اكتشف إرنست رذرفورد النواة في عام 1911. كانت النوى كهربائية موجبة ، ذات كتل مختلفة ولكنها أكبر بكثير من الإلكترونات ، لكنها صغيرة جدًا في الحجم."
قفزة عملاقة إلى الأمام
كان نيلز بور تلميذ رذرفورد الذي تولى بشجاعة مشروع معلمه لفك تشفير بنية الذرة في عام 1912. وقد استغرق الأمر عامًا واحدًا فقط للتوصل إلى نموذج عمل لذرة الهيدروجين.
كان نيلز هنريك بور (1885-1962) عالم فيزياء دنماركي طور النموذج الذري وفاز بجائزة نوبل في الفيزياء عام 1922.
يقول هيرشباخ: "نموذج بور لعام 1913 لذرة الهيدروجين كان له مدارات إلكترون دائرية حول البروتون - مثل مدار الأرض حول الشمس". "استخدم بور نموذجًا بسيطًا ومنتظمًا لطيف ذرة الهيدروجين ، والذي اكتشفه يوهان بالمر في عام 1885. كما استفاد من فكرة الفكرة الكمومية ، التي اكتشفها ماكس بلانك في عام 1900."
في عام 1913 ، كان نموذج بور قفزة هائلة إلى الأمام لأنه دمج ميزات ميكانيكا الكم حديثة الولادة في وصف الذرات والجزيئات. في ذلك العام ، نشر ثلاث أوراق بحثية عن تكوين الذرات والجزيئات: الأولى والأكثر شهرة كانت مخصصة لذرة الهيدروجين ، بينما وصف الاثنان الآخران بعض العناصر ذات الإلكترونات الأكثر ، مستخدمًا نموذجه كإطار عمل. كان النموذج الذي اقترحه لذرة الهيدروجين يحتوي على إلكترونات تتحرك حول النواة ، ولكن فقط على مسارات خاصة ذات مستويات طاقة مختلفة. افترض بور أن الضوء ينبعث عندما يقفز إلكترون من مسار طاقة أعلى إلى مسار طاقة أقل - وهذا ما جعل الهيدروجين يتوهج في أنبوب زجاجي. لقد حصل على الهيدروجين بشكل صحيح ، لكن نموذجه كان خاطئًا بعض الشيء.
يقول أناتولي سفيدزينسكي: "فشل النموذج في التنبؤ بالقيمة الصحيحة لطاقات الحالة الأساسية لذرات متعددة الإلكترونات وطاقات ربط الجزيئات - حتى بالنسبة لأبسط أنظمة التي بها 2 إلكترون ، مثل ذرة الهليوم أو جزيء الهيدروجين". ، أستاذ في معهد علوم وهندسة الكم في Texas A&M ، في مقابلة عبر البريد الإلكتروني. "لذلك ، في عام 1913 ، كان من الواضح أن نموذج بور ليس صحيحًا تمامًا. حتى بالنسبة إلى ذرة الهيدروجين ، يتنبأ نموذج بور بشكل خاطئ بأن الحالة الأرساسية للذرة تمتلك زخمًا زاويًا مداريًا غير صفري."
جائزة نوبل عام 1922
وهو بالطبع قد لا يكون منطقيًا بالنسبة لك إذا لم تكن فيزيائيًا كموميًا. ومع ذلك ، تم تتبع نموذج بور بسرعة للحصول على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1922. ولكن حتى عندما كان بور يعزز سمعته في عالم الفيزياء ، كان العلماء يطورون نموذجه:
يقول هيرشباخ: "نموذج بور لذرة الهيدروجين تم تحسينه بواسطة أرنولد سومرفيلد في عام 1916". "لقد وجد مدارات إهليلجية كانت مسؤولة عن خطوط أطياف قريبة من تلك التي جاءت من مدارات دائرية. نموذج بور-سومرفيلد لذرة الهيدروجين أساسي ، لكن الكم والنسبية أصبحا جوانب رئيسية."
نموذج سومرفيلد لمدارات الإلكترون شبه الكلاسيكية ، والذي تحسن على نموذج بوهر في عام 1916.
بين عامي 1925 و 1928 ، طور فيرنر هايزنبرغ ، وماكس بورن ، وولفغانغ باولي ، وإروين شرودينجر ، وبول ديراك هذه الجوانب إلى ما هو أبعد من نموذج بوهر الذري ، لكن نموذجه هو أكثر النماذج شهرة للذرة. لقد أعطتنا فيزياء الكم للنماذج الذرية مظهرًا أقل شبهاً بالشمس المحاطة بكواكب الإلكترون وأشبه بالفن الحديث. من المحتمل أننا ما زلنا نستخدم نموذج بور لأنه مقدمة جيدة لمفهوم الذرة.
يقول Svidzinsky: "في عام 1913 ، أظهر نموذج بور أن التكميم هو الطريق الصحيح للذهاب في وصف العالم الدقيق". "وهكذا ، أظهر نموذج بوهر للعلماء اتجاهًا للبحث وحفز المزيد من التطوير لميكانيكا الكم. إذا كنت تعرف المسار ، فستجد عاجلاً أم آجلاً الحل الصحيح للمشكلة. يمكن للمرء أن يفكر في نموذج بور باعتباره أحد علامات الاتجاه على طول مسار المشي لمسافات طويلة في عالم الكم ".
المصدر