الدرس 1: نماذج الذرة - صفحة 155 - كتاب العلوم - الصف 9 - الفصل 1 - المملكة العربية السعودية

📚 النموذج النووي للذرة (تجربة رذرفورد)

المفاهيم الأساسية

فشل النموذج: انحرفت بعض جسيمات ألفا بزوايا كبيرة عند اصطدامها برقاقة الذهب، وهو ما لم يكن متوقعًا وفق نموذج طومسون الذي يفترض توزيع الشحنة الموجبة بالتساوي في الذرة.

النموذج النووي للذرة: نموذج اقترحه رذرفورد بعد فشل نموذج طومسون، وينص على أن معظم كتلة الذرة وشحنتها الموجبة تتركز في منطقة صغيرة جدًا تسمى النواة.

البروتون: الجسيم الموجب الشحنة الموجود في نوى جميع الذرات (أُطلق عليه هذا الاسم عام 1920م).

بقية حجم الذرة: فراغ يحوي إلكترونات عديمة الكتلة تقريبًا.

خريطة المفاهيم

```markmap

النموذج النووي للذرة

تجربة رذرفورد

النتائج المتوقعة (حسب نموذج طومسون)

• مرور معظم جسيمات ألفا عبر الصفيحة
• انحرافات يسيرة وغير متكررة
• لا توجد شحنة موجبة كافية ومتجمعة لصد الجسيمات

النتائج الفعلية

• انحراف بعض جسيمات ألفا بزوايا كبيرة
• صدمة رذرفورد (تشبيه القذيفة والمناديل الورقية)
• جسيمات ألفا الموجبة تحتاج شحنة موجبة أكبر لصدها

فشل نموذج طومسون

• الكتلة والشحنات موزعة بالتساوي
• لا تستطيع الذرة صد جسيمات ألفا

النموذج الجديد (رذرفورد)

• معظم الكتلة والشحنة الموجبة في النواة (منطقة صغيرة جدًا)
• بقية الذرة فراغ يحوي إلكترونات عديمة الكتلة تقريبًا
• البروتون: الجسيم الموجب في نوى جميع الذرات (1920م)

```

نقاط مهمة

• 🔬 سبب فشل نموذج طومسون: توزيع الشحنة الموجبة بالتساوي لا يمكنه صد جسيمات ألفا السريعة أو تغيير مسارها بشكل كبير
• 💡 جوهر النموذج النووي: تركّز الكتلة والشحنة الموجبة في النواة (منطقة صغيرة جدًا)
• ⚛️ البروتون: جسيم موجب الشحنة في نوى جميع الذرات، أُطلق عليه هذا الاسم عام 1920م
• 📐 بنية الذرة: نواة صغيرة جدًا + فراغ يحوي إلكترونات عديمة الكتلة تقريبًا

المقابل تمامًا، كما تخترق الرصاصة لوحًا من الزجاج. وبرر رذرفورد ذلك بأن صفيحة الذهب لا توجد فيها كمية كافية من المادة لإيقاف جسيمات ألفا السريعة أو تغيير مسارها، كما أنه لا توجد شحنة موجبة كافية ومتجمعة في مكان واحد في نموذج طومسون لصد جسيمات ألفا بالقوة الكافية. لذا؛ فقد اعتقد أن الشحنة الموجبة الموجودة في ذرات الذهب ستحدث تغيرات يسيرة في مسار جسيمات ألفا، كما أن ذلك لن يتكرر كثيرًا.

لقد كانت هذه الفرضية معقولة إلى حد ما؛ لأن الإلكترونات السالبة تعادل الشحنات الموجبة كما يفترض نموذج طومسون. ولثقته في النتائج المتوقعة من هذه التجربة، أحال رذرفورد تنفيذها إلى أحد طلابه في قسم الدراسات العليا.

فشل النموذج

صُدم رذرفورد عندما جاءه تلميذه مندفعًا ليخبره أن بعض جسيمات ألفا انحرفت عن مسارها بزوايا كبيرة، كما في الشكل ٩، فعبر رذرفورد عن اندهاشه بقوله: "إن تصديقنا لذلك يشبه تصديقنا بأنك أطلقت قذيفة قطرها ٦٢,٥ سم نحو مجموعة من المناديل الورقية، فارتدت عنها وأصابتك".

فكيف يمكن تفسير ما حدث؟ إن جسيمات ألفا الموجبة كانت تتحرك بسرعة كبيرة جدًا لدرجة أنها احتاجت إلى شحنة موجبة أكبر منها لصدها، بينما كان تصور طومسون للذرة في نموذجه أن الكتلة والشحنات موزعة بشكل متساوٍ، بحيث لا تستطيع الذرة صد جسيمات ألفا.

النموذج النووي للذرة

كان على رذرفورد وفريقه تفسير هذه النتائج غير المتوقعة، برسم أشكال توضيحية مبنية على نموذج طومسون، كما في الشكل ١٠، والتي تبين تأثر جسيمات ألفا بالشحنة الموجبة للذرة والانحراف البسيط لهذه الجسيمات. وفي كل الأحوال، فإن التغير الكبير في مسار الجسيمات لم يكن متوقعًا.

البروتون وجد رذرفورد أن هذا النموذج لا يؤدي إلى نتائج صحيحة، لذلك اقترح نموذجًا جديدًا، كما في الشكل ١١، ينص على أن معظم كتلة الذرة وشحنتها الموجبة تتركز في منطقة صغيرة جدًا في الذرة تُسمى النواة، وهو ما تم إثبات صحته فيما بعد؛ ففي عام ١٩٢٠م أطلق العلماء على الجسيم الموجب الشحنة الذي يوجد في نوى جميع الذرات البروتون. بينما بقية حجم الذرة فراغ يحوي إلكترونات عديمة الكتلة تقريبًا.

ماذا قرأت؟ كيف وصف رذرفورد نموذجه الجديد؟

المقابل تمامًا، كما تخترق الرصاصة لوحًا من الزجاج. وبرر رذرفورد ذلك بأن صفيحة الذهب لا توجد فيها كمية كافية من المادة لإيقاف جسيمات ألفا السريعة أو تغيير مسارها، كما أنه لا توجد شحنة موجبة كافية ومتجمعة في مكان واحد في نموذج طومسون لصد جسيمات ألفا بالقوة الكافية. لذا؛ فقد اعتقد أن الشحنة الموجبة الموجودة في ذرات الذهب ستحدث تغيرات يسيرة في مسار جسيمات ألفا، كما أن ذلك لن يتكرر كثيرًا. لقد كانت هذه الفرضية معقولة إلى حد ما؛ لأن الإلكترونات السالبة تعادل الشحنات الموجبة كما يفترض نموذج طومسون. ولثقته في النتائج المتوقعة من هذه التجربة، أحال رذرفورد تنفيذها إلى أحد طلابه في قسم الدراسات العليا. فشل النموذج صُدم رذرفورد عندما جاءه تلميذه مندفعًا ليخبره أن بعض جسيمات ألفا انحرفت عن مسارها بزوايا كبيرة، كما في الشكل ٩، فعبر رذرفورد عن اندهاشه بقوله: "إن تصديقنا لذلك يشبه تصديقنا بأنك أطلقت قذيفة قطرها ٦٢,٥ سم نحو مجموعة من المناديل الورقية، فارتدت عنها وأصابتك". فكيف يمكن تفسير ما حدث؟ إن جسيمات ألفا الموجبة كانت تتحرك بسرعة كبيرة جدًا لدرجة أنها احتاجت إلى شحنة موجبة أكبر منها لصدها، بينما كان تصور طومسون للذرة في نموذجه أن الكتلة والشحنات موزعة بشكل متساوٍ، بحيث لا تستطيع الذرة صد جسيمات ألفا. النموذج النووي للذرة كان على رذرفورد وفريقه تفسير هذه النتائج غير المتوقعة، برسم أشكال توضيحية مبنية على نموذج طومسون، كما في الشكل ١٠، والتي تبين تأثر جسيمات ألفا بالشحنة الموجبة للذرة والانحراف البسيط لهذه الجسيمات. وفي كل الأحوال، فإن التغير الكبير في مسار الجسيمات لم يكن متوقعًا. البروتون وجد رذرفورد أن هذا النموذج لا يؤدي إلى نتائج صحيحة، لذلك اقترح نموذجًا جديدًا، كما في الشكل ١١، ينص على أن معظم كتلة الذرة وشحنتها الموجبة تتركز في منطقة صغيرة جدًا في الذرة تُسمى النواة، وهو ما تم إثبات صحته فيما بعد؛ ففي عام ١٩٢٠م أطلق العلماء على الجسيم الموجب الشحنة الذي يوجد في نوى جميع الذرات البروتون. بينما بقية حجم الذرة فراغ يحوي إلكترونات عديمة الكتلة تقريبًا. ماذا قرأت؟ كيف وصف رذرفورد نموذجه الجديد؟ --- VISUAL CONTEXT --- **DIAGRAM**: تأثير نموذج طومسون على جسيمات ألفا Description: رسم توضيحي يظهر جسيمات ألفا (خطوط مستقيمة) تمر عبر ذرات نموذج طومسون (دوائر تحتوي على شحنات موجبة وسالبة موزعة بانتظام)، مع انحرافات طفيفة جداً في مسار الجسيمات. يظهر مفتاح الرموز: نقطة حمراء = بروتون، سهم = مسار جسيم ألفا. Context: يوضح التوقعات النظرية بناءً على نموذج طومسون قبل تجربة رذرفورد. **DIAGRAM**: نموذج رذرفورد للذرة Description: رسم توضيحي يظهر النواة في المركز (كرة برتقالية كبيرة) محاطة بمدارات إلكترونية (خطوط بيضاوية) تحتوي على إلكترونات (نقاط زرقاء). يوضح كيف تتركز الكتلة والشحنة الموجبة في النواة. Context: يوضح النموذج النووي للذرة الذي اقترحه رذرفورد لتفسير نتائج تجربة رقاقة الذهب.