طومسون · رذرفورد · بور — من كرة الخوخ إلى المدارات والطيف الخطي
تعددت محاولات العلماء للتعرف على تركيب الذرة ومن هذه المحاولات:
كيف يمكن لمجموعة من التجارب البسيطة أن تغيّر تصورنا لشيء لا نراه بالعين المجردة؟
أعد التجربة التي أجراها جيجر وماري سدن بناءً على اقتراح رذرفورد: أطلق جسيمات α+ (نواة He) على صفيحة ذهب رقيقة وراقب الشاشة المبطنة بكبريتيد الخارصين.
يُسمى هذا النموذج «كرة الخوخ»: كتلة موجبة موحدة وإلكترونات سالبة موزعة داخلها.
أجرى الباحثان جيجر وماري سدن بناءً على اقتراح رذرفورد (Rutherford) تجربة رذرفورد المعملية الشهيرة باستخدام الجهاز المبين في كتاب الوزارة.
إلا أن نظرية رذرفورد لم توضح النظام الذي تدور فيه الإلكترونات حول النواة.
من التجربة السابقة وتجارب أخرى لغيره من العلماء تمكن رذرفورد من وضع النموذج التالي:
يظهر هذا الطيف عند فحصه بجهاز المطياف على هيئة عدد صغير محدد من خطوط ملونة لكل منها طول موجي وتردد خاصين به تفصل بينها مساحات معتمة لذا يسمى بالطيف الخطي.
وقد وجد بالتجربة أن الطيف الخطي لأي عنصر هو خاصية أساسية ومميزة له فلا يوجد عنصران لهما نفس الطيف الخطي.
استخدم بور بعض فروض رذرفورد عن تركيب الذرة:
ثم أضاف بور إلى فروض رذرفورد:
أما عند عودة الإلكترون المثار إلى مستوى الطاقة الأول فيكون الطيف في منطقة الأشعة فوق البنفسجية، فلا يُرى بالعين المجردة.
يتكون الطيف الخطي المرئي للهيدروجين من أربعة خطوط ملونة.
تعتبر دراسة الطيف الذري وتفسيره هي المفتاح الذي حل لغز التركيب الذري وهو ما قام به العالم الدنماركي نيلز بور (Niels Bohr) سنة 1913 واستحق عليه جائزة نوبل في الفيزياء سنة 1922.
رغم الجهود العظيمة التي بذلها بور لوضع تصور للنموذج الذري إلا أن الحسابات الكمية لنظريته لم تتوافق مع نتائج تجريبية كثيرة.
نموذج طومسون (1897) يُسمى:
كرة مصمتة موجبة وإلكترونات سالبة مطمورة — كرة الخوخ.
تجربة رذرفورد استخدمت حزمة من:
جسيمات ألفا موجبة (He+ نواة).
معظم جسيمات ألفا في تجربة رذرفورد:
معظمها يمر مباشرة → الذرة فراغ.
مقدار الطاقة المكتسبة أو المنطلقة عند انتقال الإلكترون:
يُسمى الكم (كوانتم).
بور فسر الطيف الخطي لذرة:
ذرة الهيدروجين بنجاح فقط.
أي استنتاج من تجربة رذرفورد؟
فراغ + نواة صغيرة موجبة كثيفة.
الدرس التالي: التركيب الإلكتروني — السحابة الإلكترونية، الأوربيتالات، أعداد الكم، ومبادئ توزيع الإلكترونات.