Atomic Theory | النظرية الذرية

اليوم على تعرف دي نتكلم عن تاريخ اكتشاف الذرة أو ما يعرف بالن. يحاول العلماء والفلاسفة تفسير الكون بشتى الطرق وعلى مر العصور. الذرات كانت تعتبر اللبنات الأساسية لبناء هذا الكون. الطريق لهذا اكتشاف الذرة كان طويلا وشاقا ولكن سنحاول الاختصار. كتبنا هذا المقال بناء على طبل أحد متابعيننا. قراءة سعيدة

وكالعادة، ساعدونا بنشر المقال على تويتر و فيسبوك. ولا تنسوا التسجيل في قائمتنا البريدية على الجهة اليمنى من الشاشة

Today on T3rf De we will talk about the history of the atom or what’s known by Atomic Theory. Scientists and philosophers wanted to explain what was the universe made of for centuries. Atoms were believed to be the smallest building blocks of the universe. The road to discovery was long and tedious but we bring you a short brief. A follower sent to us asking to talk about this subject. Enjoy you the read.

As usual, help us by sharing this article on Twitter and Facebook. Also, don’t forget to add your email to our mailing list; on your right hand side

Atomic Theory | النظرية الذرية

Atomic Theory | النظرية الذرية

The first to believe that the world is actually made of small building blocks was the Greek philosopher, Democritus. He argued if we break matter in half and then break it in half again, how many times breaks until you cannot break it again? He said that we have to end up with the smallest possible matter and called this an atom; from the Greek word atomos meaning indivisible. As history tells us, this idea was opposed by non other than Aristotle, the great Greek philosopher. Having the place he had, most people were inclined to believe Aristotle rather than Democritus.

Democritus | ديموكريتوس

Democritus | ديموكريتوس

Atomic theory remained a field of philosophy rather than science for nearly two thousand years. During which, Jewish, Christian and Muslim philosophers carried on the debate between Democritus and Aristotle. Reconciling each philosophical theory to their respective creeds. Only in early nineteenth century, John Dalton, an English chemist, a scientist provided scientific evidence that matter is made of discrete lumps. He did not know what the structure is but he used different chemical experiments to prove that matter is made of elementary lumpy objects.

To Dalton, an atom was just like a billiard ball. It wasn’t supposed to be destructed, divided and all atoms of a specific element are identical in mass and properties. Concepts that proved to be wrong as science progressed. However, Dalton got a few things right. That a compound are formed by a combination of two or more atoms and that a chemical reaction is just a rearrangement of these same atoms.

J.J. Thomson | ثومسون

J.J. Thomson | ثومسون

Later in the nineteenth century, Joseph John Thompson, an English physicist, discovered the electron. Electrons were arbitrarily assigned a negative charge. J. J. Thompson knew that they existed within atoms. As a result, he created a different model of the atom. He said that an atom is a positively charged sphere with lumps of negatively charged electrons scattered around it; imagine a chocolate chip cookie where the cookie is positively charged and the chocolate chips were negatively charged electrons. Positive and negative charges in this model were equal in magnitude and, thus, canceled one another. Total charge equal zero. Thompson figured that an electron’s mass is negligible in comparison to the rest of the atom.

Ernest Rutherford | إرنست رذرفورد

Ernest Rutherford | إرنست رذرفورد

For simplicity, I will skip important and, somewhat, complicated findings that have pushed the discovery of atoms forward. In year 1911, Ernest Rutherford, English physicist, thought to bombard gold foil with alpha particles. Around the gold foil there is a fluorescent detector that shined when alpha particles hit it. He expected that most of the alpha particles will pass through the foil and hit the fluorescent detector behind it. As it turned out, most of the particles passed through but many were sharply deflected and even reflected back. This made Rutherford believe that atoms were made of vacuum mostly with a very small positively charged nucleus at the center of it and even smaller electrons orbiting around the nucleus. To make a size comparison, if an atom was the size of Earth, then the nucleus would be the size of a football stadium. When it came to mass, the Rutherford figured that the nucleus contained almost all of the atom’s mass. This model can be compared to our solar system; where the sun (nucleus) is in the center and planets (electrons) are orbiting around it. A few years later, Rutherford also managed to discover the proton and said that they exist in the nucleus.

Rutherford's Atomic Model (Planetary Model) | نموذج رذرفورد للذرة (النموذج الكوكبي)

Rutherford’s Atomic Model (Planetary Model) | نموذج رذرفورد للذرة (النموذج الكوكبي)

This model formed a fundamental problem, physicists had already established that positive and negative charges attract. Which means, electrons, while still orbiting, should gradually fall into the nucleus and, as a result, electrons would lose energy. Moreover, it was established that when electrons lose energy they emit light. “Falling into the nucleus” would result in a continuous stream of light emitted from electrons. Both problems contradicted what happens in nature.

Bohr's Atomic Model | نموذج بور للذرة

Bohr’s Atomic Model | نموذج بور للذرة

Here comes Niels Bohr. A Danish physicist who took atomic theory further in 1913. He established a few rules. First of which, that electrons are only allowed to orbit at certain distances from the nucleus. The second rules was that, to jump from one orbit to the other, an electron would need to absorb energy (to go an orbit further from the nucleus) or emit energy (to go to an orbit closer); this energy is in the form of light. The energies absorbed or emitted depend on which orbits these electrons are moving from and to. This set a precedent in which rules were put to fit observation no matter whether they contradicted the prevalent theory at the time.

Bohr’s model is far from complete. However, to go further in this brief history we will have to explain theories that are beyond the scope of this article. Therefore, I will leave you with the note that the English physicist, James Chadwick, discovered the neutron in 1932. By that, we complete the three basic elements of an atom.

If you like this article, follow us on Twitter and Facebook. Also, add your email to our mailing list.

Sources:

المصادر

1) http://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_theory

2) http://www.nobeliefs.com/atom.htm

3) http://profmokeur.com/chemistry/history_of_the_atom.htm

4) http://plato.stanford.edu/entries/arabic-islamic-natural/#AtoAcc

أول من اقترح أن العالم مكون من لبنات صغيرة يبنى عليها باقي العالم هو الفيلسوف الإغريقي ديموكريتوس. فأحد مناقشاته سأل السؤال التالي: ماذا لو قسمنا مادة ما جزئين ثم أخذنا أحد هذين الجزئين وفسمناه إلى جزئين، إلى أية حد يمكننا تقسيم هذه الأجزاء إلى أن نصل إلى جزء لا ينقسم؟ يقول ديموكريتوس أصغر جزء لا يمكنه أن ينقسم هو الذرة. يقول لنا التاريخ أن أرسطو (أحد أعظم فلاسفة الإغريق) خالف رأي ديموكريتوس. ولمكانة أرسطو في التاريخ صدق الناس لعصور كلام أرسطو وفضلوه على كلام ديموكريتوس

Aristotle | أرسطو

Aristotle | أرسطو

النظرية الذرية بقيت مجالا يخوضه الفلاسفة فضلا عن العلماء لألفي سنة تقريبا. في هذه الألفيتين قام فلاسفة اليهود والنصارى والمسلمين باستكمال الخلاف بين ديموكريتوس وأرسطو. واستخدم كل منهم أحد النظريتين لفلسفة العقائد عندهم. إلى أن قام جون دالتون (الكيميائي الإنجليزي) في بدايات القرن التاسع عشر بتجارب علمية تثبت أن المادة مصنوعة من أجزاء صغيرة. وعلى الرغم من عدم معرفته بماهية هذه الأجزاءقام بعدة تجارب كيميائية تثبت وجود هذه الأجزاء

John Dalton | جون دالتون

John Dalton | جون دالتون

بالنسبة إلى دالتون الذرة شكلها يشبه شكل كرة البيلياردو. لايمكن تدميرها ولا تقسيمها وكل الذرات لأي عنصر لها نفس الوزن ولها نفس الخصائص. مبادئ أثبتت خطئها مع تقدم العلم. ولكن كان دالتون في المسار الصحيح. حيث قال أن جميع المركبات في العالم هي عبارة عن مجموعة من ذرتين أو أكثر على اختلاف أنواع الذرات وأن التفاعلات الكيميائية ما هي إلا إعادة ترتيب هذه الذرات لتنتج مركبات جديدة

Thomson's Atomic Model | نموذج ثومسون للذرة

Thomson’s Atomic Model | نموذج ثومسون للذرة

في نهايات القرن التاسع عشر، قام جوزيف جون ثومبسون (الفيزيائي الإنجليزي) باكتشاف الالكترون. ولسبب اعتباطي تماما أعطيت شحنة الالكترون الرمز السالب (شحنة سالبة). نتيجة لتجارب أخرى عرف ثومبسون أن الالكترونات موجودة داخل الالكترونات. كنتيجة لهذا الاكتشاف، اقترح ثومبسون نموذج آخر للذرة. هذا النموذج هو أن الذرة عبارة عن كرة موجبة الشحنة موزعة الالكترونات سالبة الشحنة داخل الكرة بطريقة عشوائية. يمكنكم تخيلها مثل قطعة كوكيز موجبة الشحنة بداخلها قطع الشكولانة سالبة الشحنة موزعة بطريقة عشوائية. في هذا النموذج كمية الشحنة السالبة مساوية لكمية الشحنة الموجبة، وبالتالي تلغي إحداها الأخرى. ثومبسون أيضا اكتشف أن كتلة الالكترونات بالنسبة لكتلة الذرة ضئيلة جدا

Rutherford's Experiment | تجربة رذرفورد

Rutherford’s Experiment | تجربة رذرفورد

من أجل الاختصار والبساطة، سأتجاهل بعض الاكتشافات المهمة والمعقدة بعض الشيء والتي دفعت العلماء لاكتشاف محتويات الذرة. على أية حال، في سنة 1911، قام الفيزيائي الإنجليزي، إرنست رذرفورد، بإطلاق أشعة ألفا على رقاقة من الذهب. حول هذه الرقاقة يوجد حساسات تضيئ إذا أصابتها أشعة ألفا. توقه رذرفورد أن الأشعة ستخترق الرقاقة وكأنها غير موجودة (من مزايا الأشعة النووية هي اختراقها للمواد كما قلنا في مقال سابق). ولكن ما حدث أن جزء كبير من الأشعة وافق التوقع واخترق الرقاقة الذهبية ولكن جزء معتبر أنحنى مساره أو ارتد من حيث أتى. هذه النتيجة جعلت رذرفورد يقترح نموج آخر للذرة. في نموذج رذرفورد، الذرة مكونة من فراغ في معظمها ويوجد نواة صغيرة في مركز الذرة، شحنة النواة موجبة. حول هذه النواة تدور الكترونات أصغر حجما سالبة الشحنة. للمقارنة، إذا كانت الذرة بحجم الكرة الأرضية فالنواة سيكون حجمها بحجم استاد رياضي في مركز الكرة الأرضية. أما بالنسبة للكتلة اكتشف رذرفورد أن الغالبية العظمى كتلة الذرة متواجدة في النواة نفسها. يمكننا تخيل هذا النموذج مثل مجموعتنا الشمسية حيث الشمس هي النواة والكواكب هي الالكترونات. بعد عدة سنوات اكتشف ررفورد وجود البروتونات ووجودها بداخل النواة

Explanation to Rutherford's Experiment | تفسير لتجربة رذرفورد

Explanation to Rutherford’s Experiment | تفسير لتجربة رذرفورد

شكل هذا النموذج مشكلتين رئيسيتين بالنسبة للفيزيائيين من الناحية النظرية. من أساسيات الفيزياء وجود جسمين بشحنتين متعاكستين يجذب هذين الجسمين لبعضهما البعض. مما يعني وجوب اقتراب الالكترون بطريقة تدريجية إلى أن يصطدم بالنواة ويدمرها وفي حال الاقتراب هذا يخسر الالكترون طاقته تدريجيا. السبب الآخر هو أن الالكترون حينما يفقد طاقة يفقدها على شكل ضوء. مما يعني في حال اقتراب الالكترونسينتج ضوء منبعث من الذرة. هذين المشكلتين لا وجود لهما في الطبيعة

Niels Bohr | نيلز بور

Niels Bohr | نيلز بور

هنا يأتي دور الفيزيائي الدنماركي نيلز بور. حيث أخذ النظرية الذرية للخطوة التالية سنة 1913. فوضع عدة قوانين. أولها، أن دوران الالكترون حول النواة لا يكون إلى في مدارات محددة تبعد بعدا محددا من النواة. ثانيها، لانتقال الالكترون من مدار لآخر، توجب عليه امتصاص طاقة (ليذهب لمدار أبعد من النواة) أو أن يبعثها (ليذهب لمدار أقرب). هذه الطاقة تكون على شكل ضوء. وأيضا، هذه الطاقات تكوم مجددة تماما وتعتمد على أية مدار يبدأ منه الالكترون انتقاله وعلى أية مدار يريد أن يذهب إليه. هذه القوانين كانت سابقة جديدة في تاريخ العلم، حيث أنها أول مرة توضع قوانين لمجرد الملاحظات العلمية مع تنافيها مع المبادئ والأساسيات للفيزياء

Modern Atomic Model | النموذج الحديث للذرة

Modern Atomic Model | النموذج الحديث للذرة

نموذج بور هذا ليس مكتمل بعد وليس هو آخر ما توصل له العلماء. ولكن سنكتفي بهذا القدر لأنه إذا أردنا المتابعة سيتوجب علينا شرح بعض النظريات الفيزيائية والتي خارج مقام هذه المقالة. وسنترككم مع اكتشاف الفيزيائي الإنجليزي جيمز شادويك للنيوترون. وبهذا فقد اكتملت الأجزاء الثلاثة الرئيسية في الذرة

إذا أعجبكم هذا المقال فتالعونا على تويتر و فيسبوك. ولاتنسوا إضافة ايميلاتكم لقائمتنا البريدية