نظرية الذرة القديمة
يعتبر الفيلسوف اليوناني ديمقريطس من أوائل من اقترح النظرية الذريّة، وهو أوّل من قام بتسميتها بالذرّة (باليونانية: atomas) والتي تعني غير قابل للتجزئة باللغة اليونانية، وتنص نظريّة ديميقريطس على ما يأتي:
- الذرّة هي أصغر جزء بالمادة ، وهي غير قابلة للانقسام.
- كل مادة لها ذرة خاصة بها، ولا يمكن أن تتكوّن أكثر من مادة من نفس نوع الذرّة.
- تختلف ذرات كل مادة عن غيرها بالحجم والشكل.
- تتحرك الذرات بشكل ثابت في الفراغ، وتتنافر أو ترتبط ببعضها البعض بفعل تصادمها مُحدثةً تغيرات على المادة .
نظرية دالتون الذريّة
تمثلت بداية النظرية الذرية عام 1805م، حيث قام دالتون بتطوير قانون ذي أبعاد متعددة ينص على أن نسب كتل العناصر في مركبٍ ما عبارة عن أعداد صغيرة صحيحة، وأن كل عنصر كيميائي يتكون من نوع واحد من الذرة والتي لا يمكن تدميرها بأي طريقة كيميائية، واستند دالتون في تطوير نظريته الذرية على عدة قوانين، منها:
- قانون الحفاظ على الكتلة: وينص على أن كتلة المواد المتفاعلة تساوي كتلة المواد الناتجة.
- قانون النسب الثابتة: وينص على أن نسبة كتل العناصر في المركب ثابتة.
ملاحظة: في عام 1811م عمل أميديو أفوغادرو على تصحيح أحد مشاكل نظرية دالتون، وهي عدم القدرة على تقدير الكتل الذرية للعناصر بدقة، حيث وجد أنه عند وضع غازات بحجوم متساوية تحت نفس درجة الحرارة والضغط فإن جميع الغازات مهما كان نوعها سيحتوي على العدد نفسه من الجزيئات.
نموذج طومسون ورذرفورد للذرّة
وفيما يأتي تفصيل لنموذج طومسون ورذرفورد للذرّة:
اكتشاف طومسون
في عام 1897م استطاع الفيزيائي جون طومسون اكتشاف الإلكترون الذي يعتبر أحد مكونات الذرة وشحنته سالبة، وأدّى هذا الاكتشاف إلى زوال الاعتقاد السائد آنذاك بأن الذرة غير قابلة للتجزئة، وبناءً على ذلك اقترح طومسون نموذجه للذرة -نموذج طومسون- أو بما يعرف بنموذج بودينج "Plum Pudding Model" ، وينص اقتراحه على "أن الذرة تتكون من مجال من المادة الموجبة وجسيمات سالبة الشحنة "الإلكترونات" تتحدد أماكنها وفقاً للقوى الكهروسكونية في المجال"، وهذا يعني أن الشحنة الكلية للذرة محايدة وفقاً لنموذج طومسون.
تطوير رذرفورد لنموذج الذرة
ألهمَتْ نظرية طومسون تلميذه إرنست رذرفورد ليقوم بعمل اختبارات، فافترض أنه لو كان نموذج معلمه صحيحاً، فستكون كتلة الذرة قد انتشرت في جميع جهاتها، بالتالي لو قام بإطلاق جسيمات ألفا بسرعة عالية باتجاه الذرة فستنحرف بعض جسيمات ألفا عن مسارها بنسبة قليلة جداً، ولكن بعد إجراء الاختبار أذهله أن بعض جسيمات ألفا قد ارتدت باتجاه الخلف مباشرةً، والسبب الوحيد الذي قد يجعل سلوك جسيمات ألفا على هذا النحو هو أن معظم كتلة الذرة تتركز في النواة، وهكذا قام رذرفورد بتطوير نموذج الكواكب للذرة والذي ينص على أن البروتونات موجودة في النواة بينما تدور الإلكترونات حولها.
نموذج بور للذرّة
كان رذرفورد على المسار الصحيح، ولكن نموذجه لم يفسّر سبب عدم اصطدام الإلكترونات بالنواة، أو انبعاث أطياف الهيدروجين والتأثير الكهروضوئي، لذلك اقترح الفيزيائي الدنماركي نيلز بور نموذجاً جديداً للذرة في عام 1915م، والذي ينص على أن الإلكترونات لا تشع الطاقة لأنها تدور حول النواة، ولكنها موجودة في مستويات لها طاقات كمية مختلفة سماها فيما بعد المستويات المستقرة (بالإنجليزية: stationary states).
وهذا يعني أن الإلكترونات تدور على مسافات ثابتة من النواة، كما أن الإلكترونات تقوم بكسب الطاقة لتنتقل إلى مستويات أعلى، وتفقد هذه الطاقة عن طريق إشعاعها عندما تعود إلى مداراتها الأصلية، ويسمى نموذج بور النموذج الكوكبي للذرة أيضاً.
