الجزء الرابع لشرح علم الذرة

حسن محمد البدري

الحوار المتمدن-العدد: 5116 - 2016 / 3 / 28 - 06:32
المحور: الطب , والعلوم
    

اليوم سنكمل ما تبقى من نظرية الكمية وساحاول شرح كيفية وجود الازدواجية التي شرحتها بموضوعي السابق بخصوص الضوء والان ساشرح كيفة وجود الطيف الاشعاعي داخل الذرة وايضا ازدواجية المادة .

العام كان1924 لمدة اكثر من عقد من السنين احتار علماء الفيزياء بقوانين الذرة الجديدة والتي اظهرت صعوبتها لتطبيقها تجريبيا آنذاك .
مما ادى الى اضافة ملح على الجرح هي اطروحة الدكتوراه للويس دوبروي Louis de Broglie والتي عقدت الامور بعض الشئ.
لان افكاره كانت جريئة ومتحدية ليس فقط لقوانين الفيزياء آنذاك بل حتى متحدية لمفهومنا العقلي حول المنطق .
دوبروي باطروحته قال كل شئ نابع من الفيزياء وكل شئ يتبع نسيج فيزياءي ولا يمكن لخيوطه ان لا تتناسق ولا تتلائم مع بعضها البعض واضاف ايضا بانه لا بد من وجود هيئة معينة تجمع وتظهر علاقة القوانين مع بعضها البعض رغم اختلاف شرحها لمظاهر وظواهر مختلفة .
فقال بما ان الضوء يتبع الموجة وايضا يتبع الجزيئة إذاً لا بد من وجود هذا الامر ليس فقط على الضوء اقتصارا كشعاع بل حتى المادة .
وهذه الفكرة اوصلتنا الى العالم المجنون والغريب للفيزياء الكمية .
في مواضيع سابقة ذكرت كيفية توصل العلماء في بدايات القرن السابق الى فك شفرة الضوء وكيفية التعرف على مختلف العناصر جدول مندييف من خلال اشعتها النووية وكيفية وجود صورة خاصة ضوئية لكل عنصر مثل البصمة .
ومنها انطلقنا بالتعرف على كل ضوء ياتينا من كوننا ومعرفة مصدره وحتى معرفة عنصره الذي بعث الضوء منذ بداية نشوئه .
في بداية القرن السابق استطاع علماء الفيزياء بفك شفرة واسرار القزح او الطيف الضوئي وعلموا عند تسخين اي غاز سيبعث ضوء وهذا الضوء عند تقسيمه نجد الطيف بتنوع موجاته .
لكن بدلا من رؤية قوس قزح وجد العلماء وجود فراغات عمودية سوداء تحتل مساحة في الطيف وهذه هي نتبجة الطيف الكهرومغناطيسي الذي يبعثه العنصر على المدى الذري والتي تسمى خيوط الامتصاص الضوئي،وكل هذا المفعول ما يسمى طيف الاشعاع الضوئي ،emission light spectrum.
وكل هذا يعتمد بالطبع على موجات وترددات الذبذبة الضوئية لكل عنصر او مادة ومنها علم العلماء بوجود بصمة ضوئية خاصة لكل عنصر ولا يمكن لعنصران ان يحملا نفس الطيف الاشعاعي .
واكتشف العلماء ايضا تطابق تام بين صورة اشعاع الغاز عن تسخينه emission spectrum وايضا كيفية امتصاص الغاز للضوء عن تبريده وصورته absorption emission.فمثلما نرى اعمدة سوداء في الطيف عند التسخين ،نراها ملونة عند التبريد بتطابق تام مئة في المئة .
لكن آنذاك في بداية القرن السابق لم يعلم احداً لماذا توجد هذه الفراغات في الطيف وما هي اسبابها .
في عام 1910،كان وجود الذرة اخيرا متفق عليه ومثبت ،والنموذج المثالي الذي كان يشرح الذرة اتى من العالم جَيْ جَيْ تومسون J J Thomson ،الذي كان مشهورا قبيل ذلك لاكتشافه الالكترون وقياس كتلته وشحنته .
ومنها اتت the plum pudding model نموذج بودنغ ،وهي عبارة عن تخيلهم للذرة بانها مثل البودنغ والالكترونات السالبة الشحنة هي داخل الذرة مع نظيراتها البروتونات الموجبة الشحنة .
وهذا النموذج واجه اعجاب كبير لانه يشرح كيفية الطيف الاشعاعي للذرة .
فمثلما اوتار آلة العزف (العود) عند اهتزازها تبعث طاقتها الى الهواء والهواء يترجم هذه الموجات من الطاقة الى صوت نسمعه ،فكذلك هو الالكترون ،عند اهتزاز الالكترون فهو يبعث ضوء ولانه يحمل شحنة كهربائية مما تؤدي الى ترجمتها الى ضوء طيفي خاص به .
وبسبب وجود تذبذب طبيعي natural oscilation لكل الكترون فلهذا نرى مختلف الاشعاعات من مختلف الالكترونات كما نسمع مختلف الاصوات من مختلف الاوتار على آلة العود .
ولهذا السبب كل الكترون سيمتص الضوء الذي يماثل تذبذبه وموجته الضوئية عند تبريد الغاز والعكس صحيح عند التسخين .
رغم نموذج البودنغ لم يكن دقيق بتوقعاته العلمية للذرة لكنه كان كافيا ليعطي فكرة كافية عن ما هية الذرة وخصائصها .
وكما نعلم من مواضيعي السابقة في عام 1911 نشر ارنست روذرفورد Ernest Rutherford ورقته العلمية التي حطمت مبدأ البودنغ .
السبب لذلك هو نموذج البودنغ كان يتوقع الذرة على شكل كتلة كاملة وليس فراغ ،اضافتا الى ذلك المتوقع من هذا النموذج كان عند اطلاق جسيمات الالفا alpha particles (تجربة روذفورد)على ورقة الذهب الرقيقة جدا بمعدل سمكها يساوي بعض مئات الذرات وهي عبارة عن جسيمات موجبة الشحنة التي اقام بتجربتها روذرفورد وجد بان الذرة معظمها فراغ ووجد ايضا بان الالكترون ليس مغموسا مع البروتون كما تنبا نموذج البودنغ بل يسبح بعيدا ،ومنها علمنا مدى صغر نواة الذرة الذي يساوي تقريبا مئة تريليون مرة 100,000,000,000,000اصغر من المتر.
وهو الذي اكتشف واطلق تسمية الجسيمة الموجبة الشحنة داخل نواة الذرة واسماها بروتون .
لكن نموذج روذرفورد لم يكن دقيقا بشرحه للطيف الكهرومغناطيسي للالكترونات ولم يعطي اي تعليلات على كيفية لماذا الالكترون لا يتحد مع البروتون ? ولماذا وكيف الالكترون لا يشع بشكل دائم طالما هو يدور حول النواة بشكل دائم وبذلك لا بد من تكوينه اشعاعات لان دورانه يعتبر حركة والحركة تعتبر طاقة والطاقة للالكترون تترجم على شكل شعاع كهرومغناطيسي كما شرحنا سابقا .
وفي سنة 1913 اتى نيلز بور العالم الدانماركي Nils Bohr وصحح نموذج روذرفورد بنموذج افضل وادق من خلال تطبيقه معادله وهي E=HF .
حرف (E) معناه الطاقة وحرف (H) هو مقياس بلانك وهو (6.63*10-34js) وحرف (F) هي مقياسالذبذبة الخاصة للشعاع .
بور وضح بانه الذرة لا نستطيع حسابها حسب الفيزياء الكلاسيكية ولا بد من الاتجاه للحساب الكوانتي الذي ابتدعه بلانك .فإذا كتبناها بشرح مفصل باللغة الانجليزية ستكون كذلك .
planck s constant frequency equals energy .
ووضح ايضا بان الالكترونات تسبح بمدارات خاصة لها وكل مدار او طوق له طاقة خاصة به وشعاع خاص ومن ذلك ربط الشعاع وكيفيته مع الشعاع الطيفي للذرات لان كل عنصر وذرته له الطاقة الخاصة به والكتروناته الخاصة التي تدور بمدار محدد ،ومنها اثبت اختلاف طيف الشعاع الضوئي من عنصر لآخر .
فعندما يقفز الالكترون قفزته الكوانتيه الى مدار اقرب من النواة للذرة فهو يطلق اشعاعاemission وعندما يقفز الالكترون الى مدار ابعد من النواة فهو يمتص طاقة او شعاع absorptionمثل الضوء .
ومن هذه ولدت هذه المعادلة ، hf=Ei-Ef .
حرف (i) بجانب الطاقة معناه الطاقة الابتدائية التي تبتدأبه الذرة مبدئيا ،وحرف (f) بجانب الطاقة معناه المرحلة الاخيرة وإذا كتبنا هذه ستصبح هكذا ,
planck s constant frequency equals initial energy minus final energy level

و
ساستمر بالشرح الانشائي الكتابي وفي النهاية ساجمع كل المعادلات وساعطي امثلة بها لكي اوضحها اكثر وايضا لامتع اخوتي من يدرسون الفيزياء او حتى من محبيها الاخوة والأخوات القراء .

والان لنتخيل ذرة لها الكترون يدور حولها ، فعندما يضرب فوتون هذه الذرة سيدفع الالكترون القريب من النواة الى الابتعاد الى مدار اوسع لانه اخذ طاقة من الفوتون .حالة الامتصاص ! absorption
والسؤال الان هو ،ما هي الطاقة المطلوبة لكي تدفع الالكترون وتجعله نشطا بعد الخمول الذي كان به .
الاجابة بسيطة وهي مراحل الطاقة بين مدارات الالكترون .
مثال لاقرب لكم الصورة .
لدينا ذرة لها مداران بطاقتان مختلفتان ،لنقل المدار القريب من النوات قوته 4 الكترون فولت والمدار البعيد قوته 7 الكترون فولت ،إذاً الفارق 3 الكترون فولت بينهما ،فإذا ضرب فوتون اصفر والذي قوته 2 الكترون فولت الذرة لن تحصل حالة امتصاص للطاقة لانه اضعف من مراحل الطاقة المتطلبة وهي الفارق بين المدارين 3الكترون فولت ولذلك لن يدفع الالكترون الى مدار ابعد والفوتون ببساطه سيضرب الذرة وينعكس ويذهب كما تضرب كرة باتجاه الحائط فلن تخترقه بل ستعكس برد فعل .
لكن ان القينا الضوء الابيض الذي يحمل جميع الذبذات الضوئية باكملها على الذرة ،سنرى مفعول الطيف الاشعاعي لكنه سيكون بعمود واحد اسود في اللون البنفسجي لانه فُقِدَ داخل الذرة بتنشيطه الالكترون الذي كان يستوجب طاقة 3 الكترون فولت وهو الفوتون البنفسجي الذي نشط الالكترون ليبعده من مداره القريب من النواة وتمتصه الذرة.

هذه هي حالة الامتصاص absorption.

ولكم كل الشكر والاحترام والتقدير

لمتابعة الاجزاء السابقة
الجزء الاول
http://www.ahewar.org/debat/show.art.asp?aid=510570
الجزء الثاني
http://www.ahewar.org/debat/show.art.asp?aid=510603
الجزء الثالث
http://www.ahewar.org/debat/show.art.asp?aid=510909

#حسن_محمد_البدري (هاشتاغ)      

---

اشترك في قناة ‫«الحوار المتمدن» على اليوتيوب
حوار مع الكاتب البحريني هشام عقيل حول الفكر الماركسي والتحديات التي يواجهها اليوم، اجرت الحوار: سوزان امين	حوار مع الكاتبة السودانية شادية عبد المنعم حول الصراع المسلح في السودان وتاثيراته على حياة الجماهير، اجرت الحوار: بيان بدل

كيف تدعم-ين الحوار المتمدن واليسار والعلمانية على الانترنت؟

تابعونا على:

الفيسبوك

التويتر

اليوتيوب

RSS

الانستغرام

لينكدإن

تيلكرام

بنترست

تمبلر

بلوكر

فليبورد

الموبايل

كيفية إشراك-إيصال مواضيعكم أو مواضيع تهمكم  إلى اكبر عدد ممكن من القراء والقارئات