يعد علم الكيمياء أحد العلوم الطبيعية الذي بدوه بتحليل التغيرات التي تطرأ على المادة، وتحديد عدد الذرات و الجزيئات داخل كل عنصر من عناصر المادة، فجابر بن حيان هو مؤسس علم الكيمياء والذي خلفه عدد لا بأس به من علماء الكيمياء، ومن خلال الموسوعة سنتعرف على العالم الذي اكتشف البروتونات .
العالم الذي اكتشف البروتونات
تعتبر البروتونات أجسام ذوات شحنات موجبة، موجودة داخل نواة الذرة بكل عنصر من العناصر الكيميائية.
اكتشف العالم البريطاني آرنست جيمس رذرفورد البروتونات داخل النواة الذرية في عام 1920م.
يعرف رذرفورد بأبو الفيزياء النووية، لكونه العالم الأول الذي يقوم بتقسيم الذرة.
درس رذرفورد في المرسة الثانوية (كلية نيلسون) بمنحة دراسية، وكان يتميز بتفوقه في كل المواد الدراسية ولاسيما الرياضيات والعلوم.
استكمل رذرفورد مسيرته التعليمية ثم اجتاز الماجستير في الرياضيات والعلوم مع مرتبة الشرف.
تحولت حياه رذرفورد من دارس إلى عالم في الذرة منذ حصوله على منحة للدراسة في جامعة كامبردج البريطانية عام 1895م، حيث أنه حصل على لقب بروفيسور بعدما خلف جي تومسون.
شغف بالرياضيات و العلوم الفيزيائية والكيميائية، مما آل به إلى اكتشاف علم الكيمياء النووية، واكتشاف الجسيمات التي تتكون منها الذرة مثل جسيمات ألفا وبيتا وجاما.
على وجه الخصوص وجه اهتمامه بجسيمات ألفا الموجبة و اكتشف أنها النواة المكونة لعنصر الهيليوم، ومن ثم حصل على جائزة نوبل في علم الكيمياء عام 1908م بعد تدريسه في جامعة فيكتوريا ببريطانيا.
أما جسيمات بيتا تكون سالبة الشحنة، و جسيمات بيتا عبارة عن موجات كهرومغناطيسية، تحتوي على ترددات عالية تمكنها من اختراق أغلب الأجسام حتى الأجسام الصلبة.
لذلك تمكن رذرفورد من وضع نموذج النشاط الإشعاعي والذي من خلاله تقوم الذرة عملية التحلل، وشاركه العالم فريدريك في وضع قواعد لهذه العملية.
شبه النواة بالشمس وهي المركز الثابت الذي تدور حوله الإلكترونات، وشبه الإلكترونات بالكواكب.
بدأ نظريته للنموذج الذري في عام 1919م، وفي العالم التالي أثبت أن البروتون موجود بداخل النواة.
ما هو البروتون؟
أول من أطلق لفظ البروتون هو العالم رذرفورد، فهو لفظ يوناني الأصل ويعني (الأول).
تحتوي الذرة على عدد من الجسيمات مثل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، وكلا منهما يحمل شحنته الكهربائية الخاصة.
يحمل البروتون شحنة كهربائية موجبة، ورمزه (P).
تتكون الذرة في أي عنصر من نواة تحتوي بداخلها على إلكترونات سالبة وبروتونات موجبة.
يدل عدد البروتونات الموجودة داخل النواة على العدد الذري الخاص بالعنصر.
يتكون البروتون من ثلاثة أجسام صغيرة وهي الكواركات.
استخدم رذرفورد نواة ذرة الهيدروجين لمعرفة البروتونات، ووجد أن البروتون يكون حرا في نواة كل عنصر ذري.
رغم حرية البروتونات داخل النواة إلا أنها محتفظة بحالتها ولم تتفكك إلى أجزاء أخرى.
تصبح البروتونات طليقة حرة عند فصلها عن الإلكترونات، لأن عند تصادم الشحنات الموجبة للبروتونات، والشحنات السالبة للإلكترونات يتجاذب كلا منهما نحو الآخر.
يقوم البروتون بدوره على اتحاد نواة ذرة العنصر من خلال قيامه بجذب الإلكترونات السالبة الغير مستقرة في المدارات الخاصة بالنواة.
النظرية النووية لرذرفورد
أثبت رذرفورد في عام 1911م أن الذرة تحتوي على نواة بها جسيمات موجبة الشحنة تسمى بروتونات، وجسيمات سالبة الشحنة تسمى إلكترونات، ثم أطلق على هذه النظرية اسم (النظرية النووية لرذرفورد).
في البداية اكتشف العالم جيمس تشادويك جسيم آخر داخل النواة متعادل الشحنة يسمى بالنيوترونات.
الذرة تحتوي بداخلها على نواة، تلك النواة تشمل كلا من؛ بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة الشحنة، وإلكترونات سالبة الشحنة تدور في مدارات حول النواة.
نستطيع حساب كتلة الذرة من خلال حاصل جمع النيوترونات والبروتونات الموجودة بالنواة، حيث أن النواة تحتوي على نيوترونات وبروتونات فقط.
تحتفظ النواة بعدد البروتونات بداخلها لأن عدد البروتونات ثابت لا يتغير حيث يدل على العدد الذري لكل عنصر بينما الإلكترونات متغيرة، فتستطيع الذرة أن تختزل منها بعض الإلكترونات أو تكتسب إلكترونات خارجية.
استطاع رذرفورد إثبات أن عدد الإلكترونات حول النواة يعادل عدد البروتونات داخل النواة، فالذرة متعادلة الشحنة منها نجد أن عدد الإلكترونات يساوي عدد البروتونات.
استخدم رذرفورد أشعة ألفا التي تتكون من شحنات كهربائية موجبة، وسمح لها بالمرور من خلال صفيحة معدنية من الذهب.
أعد لوح من كبريتيد الخارصين لكي يستقبل عليه أشعة ألفا.
وجد رذرفورد أن أغلب الأشعة عبرت من خلال الصفيحة المعدنية لكن البعض قد انحرف عنها، والبعض الآخر عكس الإتجاه.
نتائج نظرية رذرفورد
بعد أن أجرى رذرفورد تجربة صدور أشعة ألفا على صفيحة معدنية من الذهب، استنتج بعض النتائج وهي :
وجد رذرفورد أن أكبر كم من الأشعة مر بداخل الصفيحة المعدنية بدون انحراف أو تغيير مساره.
والقليل منها انحرف بزاوية 90 درجة، والأقل غير مساره بزاوية 180 درجة على لوح كبريتيد الخارصين الذي قد وضعه خلف الأشعة.
استنتج رذرفورد أن سمك الصفيحة المعدنية يتناسب تناسبا طرديا مع الجزء المنحرف من أشعة ألفا الواقع على لوح كبريتيد الخارصين.
بما أن العدد الأكبر من الأشعة لم ينحرف عن مساره واخترق الصفيحة المعدنية، إذن الذرة تحتوي بداخلها على مساحة فارغة أكثر من المساحة الممتلئة، لأن الذرة بطبيعتها جسم غير مصمت تحتوي بداخلها على جزء صغير جدا يسمى النواة.
انحرف البعض من الأشعة عن مساره بسبب تقابل الشحنات الموجبة بالبروتونات مع شحنات أشعة ألفا الموجبة مما أدى إلى وجود تنافر بين الأشعة و الذرة.
استطاع رذرفورد أن يعرف كتلة الذرة من نواتها عن طريق عدد البروتونات والنيوترونات بداخلها.
استخدمت البروتونات في بعض الأجهزة العلاجية المختلفة، ومنها جهاز السيكلوترون الذي يقوم بدوره في القضاء على الخلايا السرطانية.
تقوم البروتونات بالمساهمة في العلاج الإشعاعي بالأشعة السينية، وعلاج بعض الأمراض المناعية و العمليات الجراحية.
عيوب نظرية رذرفورد
لم تكن النظرية قادرة على الإجابة عن بعض الأسئلة، فكانت النظرية النووية بها القليل من الغموض لم يقم بتفسيره رذرفورد.
استطاع رذرفورد أن يثبت دوران الإلكترونات حول النواة في مدارات ثابتة، لكنه لم يفسر كيفية استقرار الذرة و البروتونات.
اهتم رذرفورد في النظرية النووية باكتشاف البروتونات، ولم يهتم بترتيب و نظام الإلكترونات حول النواة فهذا يؤكد أن رذرفورد فضل الانشغال بالجزء عن الكل، أي البروتونات عن الذرة نفسها التي تحتوي على كلا من النواة والإلكترونات والبروتونات والنيوترونات.
فشل رذرفورد في إثبات أن الإلكترونات تصدر أشعة كهرومغناطيسية متصلة أثناء دورانها بسرعة حول النواة.
لم يستطع رذرفورد شرح مفهوم اختزال واكتساب الإلكترونات،فنجد أن الإلكترون يقع بداخل النواة في حالة أنه فقد طاقة فتقل سرعته تدريجيا ومن ثم لم يستطع أن يدور حول النواة ويسقط بداخلها.
تعرفنا في هذا المحتوى على العالم الذي اكتشف البروتونات وهو العالم آرنست جيمس رذرفورد، وتوصلنا إلى بعض النتائج وعيوب المظرية النووية لرذرفورد.
يمكنك الاطلاع على المزيد من خلال موقع الموسوعة العربية الشاملة:
