يعتبر علم الكيمياء واحدا من العلوم الطبيعية، حيث يتم تحليل التغيرات التي تحدث في المادة وتحديد عدد الذرات والجزيئات في كل عنصر، وقد تأسس علم الكيمياء بواسطة جابر بن حيان وتلاه عدد كبير من العلماء الآخرين، وسنتعرف من خلال هذه الموسوعة على العالم الذي اكتشف البروتونات .
العالم الذي اكتشف البروتونات
تعد البروتونات جسما ذو شحنات موجبة، وهي موجودة في نواة الذرة لكل عنصر من العناصر الكيميائية.
- اكتشف العالم البريطاني آرنست جيمس رذرفورد البروتونات داخل نواة الذرة في عام 1920.
- يشتهر رذرفورد بأنه أبو الفيزياء النووية، لأنه كان أول عالم يقوم بتقسيم الذرة.
- درس رذرفورد في المرحلة الثانوية (كلية نيلسون) بمنحة دراسية، وكان يتميز بتفوقه في جميع المواد الدراسية وخاصة في الرياضيات والعلوم.
- استكمل رذرفورد حياته التعليمية ثم حصل على درجة الماجستير في الرياضيات والعلوم بتفوق.
- تغيرت حياة رذرفورد من الطالب إلى العالم في مجال الذرة بعد حصوله على منحة للدراسة في جامعة كامبريدج البريطانية في عام 1895، وحصل على لقب البروفيسور بعد خلافة جي تومسون.
- شغفي بالرياضيات والعلوم الفيزيائية والكيميائية، ما جعلني أكتشف علم الكيمياء النووية واكتشاف الجسيمات التي تتكون منها الذرة مثل جسيمات ألفا وبيتا وجاما.
- خص بالذكر اهتمامه بجسيمات ألفا الموجبة واكتشف أنها النواة التي تشكل عنصر الهيليوم، وبعد ذلك حصل على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1908م بعد تدريسه في جامعة فيكتوريا في بريطانيا.
- تتميز الجسيمات بيتا بأنها تحمل شحنة سالبة، وتعتبر موجات كهرومغناطيسية عالية التردد، مما يمكنها من اختراق معظم الأجسام حتى الأجسام الصلبة.
- لذلك، نجح رذرفورد في وضع نموذج النشاط الإشعاعي الذي يقوم من خلاله الذرة بعملية التحلل، وشاركه العالم فريدريك في وضع قواعد لهذه العملية.
- النواة تشبه الشمس وهي المركز الثابت حيث تدور الإلكترونات حولها، والإلكترونات تشبه الكواكب.
- بدأ نظريته للنموذج الذري في عام 1919م، وفي العالم التالي أثبت وجود البروتون في النواة.
ما هو البروتون؟
أول من أطلق لفظ البروتون هو العالم رذرفورد ، وهو لفظ يوناني الأصل ويعني (الأول).
- تحتوي حبة الذرة على بروتونات ونيوترونات وإلكترونات، حيث تحمل كل جسيمة شحنة كهربائية خاصة بها.
- البروتون يحمل شحنة كهربائية موجبة، ويرمز له بـ (P).
- تتكون الذرة في أي عنصر من نواة تحتوي بداخلها على إلكترونات سالبة وبروتونات موجبة.
- يشير عدد البروتونات الموجودة في النواة إلى العدد الذري الخاص بالعنصر.
- البروتون مكون من ثلاثة أجسام صغيرة وهي الكواركات.
- استخدم رذرفورد نواة ذرة الهيدروجين لمعرفة عدد البروتونات، ووجد أن البروتون يكون حرا في نواة كل عنصر ذري.
- بالرغم من حرية البروتونات داخل النواة، إلا أنها تظل محتفظة بحالتها ولم تنفصل إلى أجزاء أخرى.
- عندما يتم فصل البروتونات عن الإلكترونات، تصبح البروتونات حرة لأن شحنات البروتونات الموجبة وشحنات الإلكترونات السالبة يتجاذب كل منهما نحو الآخر.
- يقوم البروتون بدوره في تكوين نواة العنصر من خلال جذبه للإلكترونات السالبة الغير مستقرة في المدارات حول النواة.
النظرية النووية لرذرفورد
في عام 1911م، أثبت رذرفورد أن الذرة تحتوي على نواة تحتوي على جسيمات موجبة الشحنة تسمى بروتونات، وجسيمات سالبة الشحنة تسمى إلكترونات، وأطلق على هذه النظرية اسم النظرية النووية لرذرفورد.
- في البداية، اكتشف العالم جيمس تشادويك وجود جسيم آخر داخل النواة يحمل شحنة متعادلة ويسمى النيوترونات.
- تحتوي حبة الذرة على نواة، وتتكون هذه النواة من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات متعادلة الشحنة، وإلكترونات سالبة الشحنة التي تدور حول النواة.
- يمكننا حساب كتلة الذرة من خلال جمع عدد النيوترونات والبروتونات الموجودة في النواة، حيث أن النواة تحتوي فقط على النيوترونات والبروتونات.
- تحتفظ النواة بعدد البروتونات في داخلها، لأن عدد البروتونات ثابت ولا يتغير، وهو يشير إلى العدد الذري لكل عنصر، بينما الإلكترونات قابلة للتغيير، لذا يمكن للذرة أن تفقد بعض الإلكترونات أو تكتسب إلكترونات خارجية.
- تمكن رذرفورد من إثبات أن عدد الإلكترونات حول النواة يساوي عدد البروتونات داخل النواة، وبالتالي فإن الذرة متعادلة الشحنة، حيث يكون عدد الإلكترونات متساويا لعدد البروتونات.
- استخدم رذرفورد أشعة ألفا المكونة من شحنات كهربائية موجبة وسمح لها بالمرور خلال صفيحة معدنية من الذهب.
- صنع لوح من كبريتيد الخارصين لتلقي أشعة ألفا.
- وجد رذرفورد أن معظم الأشعة اخترقت الصفيحة المعدنية ولكن بعضها انحرف عنها وبعضها الآخر عكس الاتجاه.
نتائج نظرية رذرفورد
بعد أن قام رذرفورد بتجربة إطلاق أشعة ألفا على صفيحة معدنية مصنوعة من الذهب، استنتج بعض النتائج وهي:
- اكتشف رذرفورد أن كمية كبيرة من الأشعة تمر عبر الصفيحة المعدنية دون انحراف أو تغيير مسارها.
- والقليل منها انحرف بزاوية 90 درجة، والأقل تغير مساره بزاوية 180 درجة على لوحة الخارصين الكبريتية التي وضعت خلف الأشعة.
- استنتج رذرفورد أن سمك الصفيحة المعدنية يتناسب تناسبا طرديا مع الجزء المنحرف من أشعة ألفا المتساقطة على لوح الخارصين.
- نظرا لأن الأشعة الأكثر عددا لم تنحرف عن مسارها واخترقت الصفيحة المعدنية، فإن الذرة تحتوي على مساحة فارغة أكبر من المساحة الممتلئة، لأن الذرة بطبيعتها جسم غير مشبع يحتوي على نواة صغيرة جدا داخلها.
- بعض الأشعة انحرفت عن مسارها بسبب تداخل الشحنات الموجبة للبروتونات مع شحنات الأشعة الألفا الموجبة، مما أدى إلى حدوث تنافر بين الأشعة والذرة.
- تمكن رذرفورد من معرفة كتلة الذرة من نواتها عن طريق عدد البروتونات والنيوترونات فيها.
- استخدمت البروتونات في بعض الأجهزة العلاجية المختلفة، بما في ذلك جهاز السيكلوترون الذي يساهم في إزالة الخلايا السرطانية.
- تساهم البروتونات في العلاج الإشعاعي بالأشعة السينية، وفي علاج بعض الأمراض المناعية والعمليات الجراحية.
عيوب نظرية رذرفورد
لم تكن النظرية قادرة على الإجابة عن بعض الأسئلة، وكانت النظرية النووية تحتوي على قليل من الغموض الذي لم يتم تفسيره بواسطة رذرفورد.
- تمكن رذرفورد من إثبات دوران الإلكترونات حول النواة في مدارات ثابتة، ولكنه لم يشرح كيفية استقرار الذرة والبروتونات.
- ركز رذرفورد في النظرية النووية على اكتشاف البروتونات، ولم يهتم بترتيب ونظام الإلكترونات حول النواة، مما يؤكد أن رذرفورد فضل التركيز على الجزء دون الكل، أي البروتونات عن الذرة نفسها التي تحتوي على النواة والإلكترونات والبروتونات والنيوترونات.
- فشل رذرفورد في إثبات أن الإلكترونات تنبعث منها أشعة كهرومغناطيسية متصلة أثناء دورانها بسرعة حول النواة.
- فشرح مفهوم اختزال واكتساب الإلكترونات من قبل رذرفورد لم يكن ممكنا، فالإلكترون يكون داخل النواة عندما يفقد طاقته وتقل سرعته تدريجيا، فيصبح غير قادر على الدوران حول النواة ويسقط داخلها.
في هذا المحتوى، نتعرف على العالم الذي اكتشف البروتونات وهو العالم آرنست جيمس رذرفورد، ونصل إلى بعض النتائج والعيوب في المظرية النووية لرذرفورد.
يمكنك الاطلاع على المزيد من خلال موقع الموسوعة العربية الشاملة:
- بحث قصير عن العالم رذرفورد
- لماذا سميت الأشعة السينية بهذا الاسم
- ما هي مكونات الذرة
- قارن بين نموذج تومسون ونموذج رذرفورد في بحثك عن الفيزياء النووية وتركيب الذرة
- البحث عن علم الكيمياء وفروعه ومفاهيمه الأساسية