الدرس 1-2مكوّنات الذّرّة
النواة - تجربة راذرفورد
🎯 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؟
جسيمات ألفا موجبة الشحنة، سريعة، وكتلتها كبيرة نسبيًا.
اعرض الإجابة
أ) موجبة —جسيمات ألفا موجبة الشحنة، سريعة، وكتلتها كبيرة نسبيًا.
✋ سؤال سريع
بحسب نموذج طومسون، ماذا توقّع راذرفورد أن يحدث لجسيمات ألفا؟
في نموذج طومسون الشحنة الموجبة موزّعة بانتظام، فلا يوجد ما يحرف جسيمات ألفا الثقيلة السريعة كثيرًا، فتوقّع أن تمرّ كلها تقريبًا.
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!
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؟
الذرّة معظمها فراغ، والنواة صغيرة جدًا، فمعظم جسيمات ألفا لا تقترب منها وتمرّ 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؟
جسيمات ألفا موجبة والنواة موجبة، والشحنات المتشابهة تتنافر، فتنحرف الجسيمات القريبة من النواة أو ترتدّ.
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؟
بيّن جيمس شادويك عام 1932م وجود النيوترونات في النواة، وحصل على جائزة نوبل عام 1935م.
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؟
البروتون والنيوترون في النواة وكتلتاهما متقاربتان، لكن البروتون موجب (1+) والنيوترون متعادل لا شحنة له.
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.
| الجسيم | الرمز | الموقع | الشحنة | الكتلة النسبية | الكتلة الحقيقية (g) |
|---|---|---|---|---|---|
| الإلكترون | e− | في الفراغ حول النواة | 1- | 1/1840 | 9.11 × 10−28 |
| البروتون | p | في النواة | 1+ | 1 | 1.673 × 10−24 |
| النيوترون | n | في النواة | 0 | 1 | 1.675 × 10−24 |
✋ سؤال سريع
ذرّة فيها 8 بروتونات. كم إلكترونًا فيها وهي متعادلة؟
الذرّة المتعادلة عدد الإلكترونات فيها يساوي عدد البروتونات، فهي تحتوي على 8 إلكترونات.
اعرض الإجابة
أ) 8 —الذرّة المتعادلة عدد الإلكترونات فيها يساوي عدد البروتونات، فهي تحتوي على 8 إلكترونات.
✋ سؤال سريع
أين تتركّز معظم كتلة الذرّة؟
النواة تحتوي على أكثر من 99.97% من كتلة الذرّة، رغم أنها تشغل جزءًا صغيرًا جدًا من حجمها.
اعرض الإجابة
أ) في النواة —النواة تحتوي على أكثر من 99.97% من كتلة الذرّة، رغم أنها تشغل جزءًا صغيرًا جدًا من حجمها.
أحسنت! أنهيت «النواة - تجربة راذرفورد»
📝 الخلاصة
- وجّه راذرفورد عام 1911م جسيمات ألفا الموجبة نحو صفيحة ذهب رقيقة، متوقّعًا بحسب نموذج طومسون أن تمرّ كلها تقريبًا دون انحراف كبير.
- مرّ معظم جسيمات ألفا دون انحراف، لكن بعضها انحرف بزوايا كبيرة، وارتدّ قليل منها إلى الخلف.
- استنتج راذرفورد أن الذرّة معظمها فراغ تتحرّك فيه الإلكترونات، وأن شحنتها الموجبة ومعظم كتلتها في نواة صغيرة كثيفة في مركزها.
- البروتون جسيم في النواة شحنته (1+)، والنيوترون جسيم في النواة كتلته قريبة من كتلة البروتون ولا شحنة له، واكتشفه شادويك عام 1932م.
- تحتوي النواة على أكثر من 99.97% من كتلة الذرّة، وعدد البروتونات فيها يساوي عدد الإلكترونات حولها، فالذرّة متعادلة.