الدرس 1-2مكوّنات الذّرّة

النواة - تجربة راذرفورد

📖 الكتاب المدرسي: الدرس يبدأ في صفحة 15

الدرس 1-2: مكوّنات الذّرّة

النواة - تجربة راذرفورد

امسح الرمز بكاميرا الجوال لتفتح الصفحة

موقع الأستاذ أنور التعليمي · www.al-ostath.net

🎯 ستتعلم أن

  • تصف تجربة راذرفورد (صفيحة الذهب) ونتائجها.
  • تقارن بين نموذج طومسون ونموذج راذرفورد للذرّة.
  • تعرّف النواة والبروتون والنيوترون.
  • تقارن بين شحنة الجسيمات الذرّية وكتلتها وموقعها.

🔤 مفردات جديدة

النواةالبروتونالنيوترون

تجربة راذرفورد: صفيحة الذهب

في عام 1911م أجرى العالم راذرفورد تجربة شهيرة:

  • وجّه شعاعًا رفيعًا من جسيمات ألفا (α)، وهي جسيمات موجبة الشحنة، سريعة، وكتلتها كبيرة نسبيًا.
  • جعل الشعاع يصطدم بـصفيحة رقيقة جدًا من الذهب.
  • أحاط الصفيحة بـشاشة مغلّفة بكبريتيد الخارصين تُصدر وميضًا ضوئيًا عندما تصطدم بها جسيمات ألفا، فيعرف أين ذهب كل جسيم.

ماذا توقّع راذرفورد؟ بحسب نموذج طومسون (الشحنة الموجبة موزّعة بانتظام في الذرّة) توقّع أن تمرّ جسيمات ألفا كلها تقريبًا خلال الصفيحة، مع انحراف بسيط فقط.

✋ سؤال سريع

ما شحنة جسيمات ألفا التي استعملها راذرفورد؟

اعرض الإجابة

أ) موجبة —جسيمات ألفا موجبة الشحنة، سريعة، وكتلتها كبيرة نسبيًا.

✋ سؤال سريع

بحسب نموذج طومسون، ماذا توقّع راذرفورد أن يحدث لجسيمات ألفا؟

اعرض الإجابة

أ) أن تمرّ كلها تقريبًا خلال الصفيحة بانحراف بسيط —في نموذج طومسون الشحنة الموجبة موزّعة بانتظام، فلا يوجد ما يحرف جسيمات ألفا الثقيلة السريعة كثيرًا، فتوقّع أن تمرّ كلها تقريبًا.

النتائج المفاجئة ونموذج راذرفورد

جاءت النتائج على غير المتوقّع:

  • معظم جسيمات ألفا مرّت خلال الصفيحة دون انحراف أو بانحراف بسيط.
  • بعضها انحرف بزوايا كبيرة.
  • وقليل منها ارتدّ إلى الخلف!
جسيمات ألفا →تمرّ دون انحرافانحراف كبيرارتدادالنواة
الجسيمات البعيدة عن النواة تمرّ مستقيمة، والقريبة منها تنحرف بزوايا كبيرة، والتي تصطدم بها ترتدّ.

استنتج راذرفورد أن نموذج طومسون غير صحيح؛ لأنه لا يفسّر هذه النتائج، ووضع نموذجًا جديدًا:

ما الذي يحرف جسيمات ألفا؟ قوة التنافر بين جسيمات ألفا الموجبة والنواة الموجبة. فالجسيمات التي تمرّ بعيدًا عن النواة لا تكاد تنحرف، أما التي تقترب منها كثيرًا فتنحرف بزوايا كبيرة أو ترتدّ.

ويفسّر نموذج راذرفورد أيضًا أن الذرّة متعادلة: شحنة النواة الموجبة تعادل شحنة الإلكترونات السالبة. لكنه لم يستطع تفسير كتلة الذرّة.

✋ سؤال سريع

لماذا مرّت معظم جسيمات ألفا خلال صفيحة الذهب دون انحراف؟

اعرض الإجابة

أ) لأن معظم حجم الذرّة فراغ —الذرّة معظمها فراغ، والنواة صغيرة جدًا، فمعظم جسيمات ألفا لا تقترب منها وتمرّ دون انحراف.

✋ سؤال سريع

ما القوة التي سبّبت انحراف بعض جسيمات ألفا بزوايا كبيرة؟

اعرض الإجابة

أ) التنافر بين جسيمات ألفا الموجبة والنواة الموجبة —جسيمات ألفا موجبة والنواة موجبة، والشحنات المتشابهة تتنافر، فتنحرف الجسيمات القريبة من النواة أو ترتدّ.

البروتون والنيوترون

بعد اكتشاف النواة تابع العلماء دراسة ما بداخلها:

  • في عام 1920م استنتج راذرفورد أن النواة تحتوي على جسيمات تُسمّى البروتونات.
  • وفي عام 1932م بيّن العالم جيمس شادويك أن النواة تحتوي أيضًا على جسيمات متعادلة سُمّيت النيوترونات، وحصل على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1935م.

✋ سؤال سريع

من اكتشف النيوترون؟

اعرض الإجابة

أ) جيمس شادويك —بيّن جيمس شادويك عام 1932م وجود النيوترونات في النواة، وحصل على جائزة نوبل عام 1935م.

✋ سؤال سريع

بماذا يختلف النيوترون عن البروتون؟

اعرض الإجابة

أ) النيوترون لا شحنة له، والبروتون شحنته (1+) —البروتون والنيوترون في النواة وكتلتاهما متقاربتان، لكن البروتون موجب (1+) والنيوترون متعادل لا شحنة له.

النموذج الكامل للذرّة

كل الذرّات مكوّنة من ثلاثة جسيمات ذرّية أساسية: الإلكترون والبروتون والنيوترون.

  • الذرّة كروية، في مركزها نواة صغيرة كثيفة فيها البروتونات الموجبة والنيوترونات المتعادلة.
  • حول النواة فراغ تتحرّك فيه الإلكترونات السالبة بسرعة كبيرة.
  • تحتوي النواة على أكثر من 99.97% من كتلة الذرّة، لكنها تشغل نحو 0.0001 فقط من حجمها.
  • الذرّة متعادلة: عدد البروتونات في النواة يساوي عدد الإلكترونات حولها.

وهناك حالة استثنائية: إحدى أنوية ذرّة الهيدروجين فيها بروتون واحد فقط، ولا نيوترونات فيها.

الجسيمالرمزالموقعالشحنةالكتلة النسبيةالكتلة الحقيقية (g)
الإلكترونe−في الفراغ حول النواة1-1/18409.11 × 10−28
البروتونpفي النواة1+11.673 × 10−24
النيوترونnفي النواة011.675 × 10−24

✋ سؤال سريع

ذرّة فيها 8 بروتونات. كم إلكترونًا فيها وهي متعادلة؟

اعرض الإجابة

أ) 8 —الذرّة المتعادلة عدد الإلكترونات فيها يساوي عدد البروتونات، فهي تحتوي على 8 إلكترونات.

✋ سؤال سريع

أين تتركّز معظم كتلة الذرّة؟

اعرض الإجابة

أ) في النواة —النواة تحتوي على أكثر من 99.97% من كتلة الذرّة، رغم أنها تشغل جزءًا صغيرًا جدًا من حجمها.