تعتبر النظرية الذرية واحدة من أهم النظريات في مجال الكيمياء والفيزياء، حيث تقدم فهمًا عميقًا لطبيعة الكون وتركيب المادة. بدأت النظرية الذرية في التطور في القرن التاسع عشر مع أعمال علماء مثل جون دالتون وج.ج. تومسون، ولكن ازدهارها الحقيقي جاء مع أعمال عالم الكيمياء الشهير أنطوان لافوازييه والعالم الفيزيائي إرنست رذرفورد.
نموذج رذرفورد الذري
في أوائل القرن العشرين، أجرى الفيزيائي إرنست رذرفورد وفريقه سلسلة من التجارب لاستكشاف الذرة عن طريق إطلاق جسيمات ألفا عالية الشحنة موجبة الشحنة بسرعة على قطعة رقيقة من رقائق الذهب. كانت جسيمات ألفا معروفة من خلال الأبحاث السابقة التي أجريت في مجال النشاط الإشعاعي، لكن العلماء ما زالوا غير متأكدين مما إذا كانت عبارة عن أجزاء من الذرات. تم اكتشاف أن جسيمات ألفا هي نواة ذرات الهيليوم.
ما اكتشفه رذرفورد هو أن معظم "رصاصات" جسيمات ألفا تمر مباشرة عبر رقائق الذهب، كما لو كانت مساحة فارغة. تم تحويل الجسيم العرضي عن مساره بواسطة شيء صغير جدًا وكثيف في ذرات الذهب.
كان نموذج رذرفورد الذري يُعرف أيضًا باسم "ذرة رذرفورد النووية" و"نموذج رذرفورد الكوكبي". في عام 1911، وصف رذرفورد الذرة بأنها تحتوي على نواة صغيرة وكثيفة وموجبة الشحنة تسمى النواة. أثبت رذرفورد أن كتلة الذرة تتركز في نواتها. وتدور الإلكترونات الضوئية ذات الشحنة السالبة حول هذه النواة، مثل الكواكب التي تدور حول الشمس.
اختلف نموذج رذرفورد عن نموذجي دالتون وطومسون حيث اعتبر أن معظم الذرة عبارة عن مساحة فارغة، بينما في النماذج السابقة كانت الذرة تعتبر صلبة.
ما اكتشفه رذرفورد هو أن معظم "رصاصات" جسيمات ألفا تمر مباشرة عبر رقائق الذهب، كما لو كانت مساحة فارغة. تم تحويل الجسيم العرضي عن مساره بواسطة شيء صغير جدًا وكثيف في ذرات الذهب.
كان نموذج رذرفورد الذري يُعرف أيضًا باسم "ذرة رذرفورد النووية" و"نموذج رذرفورد الكوكبي". في عام 1911، وصف رذرفورد الذرة بأنها تحتوي على نواة صغيرة وكثيفة وموجبة الشحنة تسمى النواة. أثبت رذرفورد أن كتلة الذرة تتركز في نواتها. وتدور الإلكترونات الضوئية ذات الشحنة السالبة حول هذه النواة، مثل الكواكب التي تدور حول الشمس.
اختلف نموذج رذرفورد عن نموذجي دالتون وطومسون حيث اعتبر أن معظم الذرة عبارة عن مساحة فارغة، بينما في النماذج السابقة كانت الذرة تعتبر صلبة.
نموذج بور الذري
بعد العمل مع كل من طومسون ورذرفورد، أدرك نيلز بور، في عام 1913، أن نموذج رذرفورد كان غير مستقر. وفقًا للنظرية الكلاسيكية، يجب أن تبعث الإلكترونات التي تتحرك في مدار ما إشعاعًا كهرومغناطيسيًا، وبالتالي تفقد الإلكترونات طاقتها وتنتقل إلى النواة. أدرك بور أن الأمر لم يكن كذلك لأن الذرات لم تتوهج باستمرار أو تختفي تلقائيًا.
بدلاً من ذلك، اقترح بور أن إلكترونات الذرة تتحرك في مدارات ذات حجم وطاقة ثابتين، وأن طاقة الإلكترون تعتمد على حجم المدار. لا يمكن أن ينبعث الإشعاع من الذرة إلا عندما يسقط إلكترون من مدار ذو طاقة أعلى إلى مدار آخر أقل. الذرات المستقرة لها إلكتروناتها في أدنى مدارات الطاقة الممكنة.
كانت هذه أول "نظرية ذرية كمومية"، تسمح فقط بوجود مستويات معينة من الطاقة داخل الذرة. ونظريات الكم الحديثة اليوم قريبة جدًا من أفكار بور.
بدلاً من ذلك، اقترح بور أن إلكترونات الذرة تتحرك في مدارات ذات حجم وطاقة ثابتين، وأن طاقة الإلكترون تعتمد على حجم المدار. لا يمكن أن ينبعث الإشعاع من الذرة إلا عندما يسقط إلكترون من مدار ذو طاقة أعلى إلى مدار آخر أقل. الذرات المستقرة لها إلكتروناتها في أدنى مدارات الطاقة الممكنة.
كانت هذه أول "نظرية ذرية كمومية"، تسمح فقط بوجود مستويات معينة من الطاقة داخل الذرة. ونظريات الكم الحديثة اليوم قريبة جدًا من أفكار بور.
النظرية الذرية الكمومية الحديثة
من المتفق عليه اليوم أن الذرة تتكون في معظمها من فراغ باستثناء نواتها فهي صغيرة وكثيفة وموجبة الشحنة. النواة محاطة بسحابة من الإلكترونات سريعة الحركة، سالبة الشحنة، والتي ترتبط بها بواسطة قوى كهربائية.
التغيير من نموذج بور هو كيفية احتلال الإلكترونات للفضاء. ويعتقد العلماء الآن أن الإلكترونات تتحرك في مناطق وليس في مدارات، ويستخدمون الرياضيات والأعداد الكمومية لوصف ذلك.
يعتبر نموذج بور مناسبًا تمامًا لوصف الخواص الكيميائية للذرة. ومع ذلك، فإن نظرية الكم الحديثة تسمح بفهم أعمق للعالم دون الذري الغريب للموجة/الجسيمات والطاقة الكهرومغناطيسية.
التغيير من نموذج بور هو كيفية احتلال الإلكترونات للفضاء. ويعتقد العلماء الآن أن الإلكترونات تتحرك في مناطق وليس في مدارات، ويستخدمون الرياضيات والأعداد الكمومية لوصف ذلك.
يعتبر نموذج بور مناسبًا تمامًا لوصف الخواص الكيميائية للذرة. ومع ذلك، فإن نظرية الكم الحديثة تسمح بفهم أعمق للعالم دون الذري الغريب للموجة/الجسيمات والطاقة الكهرومغناطيسية.