كان التساؤل عن بنيه المادة قائما منذ الحضارات القديمه فقد زعمت الحضارة اليونانيه بتشكل المادة من خليط العناصر الاربعه )الماء، الهواء,النار، الارض( لكن هذا الطرح لم يكن كافيا. فتطلعت البشرية إلى طرح قائم على دلائل أكثر علمية للتوضيح عن بنية المادة وهذا ما سنعرضه في مقالتنا هذا، عن طريق مجموعة من النظريات التي تطورت بمرور السنين وصولا للنموذج الذري الحالي.
نظرية دالتون الذرية
يعتبر دالتون أول من افصح عن بنية المادة بطريقة علمية صريحة، وفي سنة 1808 أعلن دالتون عن نظريته الذرية التي اعتمد في صياغتها على القوانين الزنية في الكيمياء (قانون انحفاظ الكتلة، قانون النسب المضاعفة، قانون النسب الثابتة( وتنص النظرية عما يلي :
-يتكون الكون المادي المحيط بنا من وحدات اساسية لا تقبل الانقسام اطلق عليها اسم atom وقد تم اختيار مصطلح الذرة مرادفا لها في العربية.
-لكل عنصر نمط ذرات خاص به وتكون ذرات العنصر الواحد كلها متشابهة. لكنها تختلف عن ذرات العناصر الاخرى.
-كل مادة في حالتها البنقية مكونة من حبيبات متماثلة من حيث عدد الذرات المكونة لها من كل نوع.
يعتبر تفسير دالتون للتفاعلات الكيميائية على ضوء نظريته الذرية احد أهم الاسباب نجاحه في التغلب على الانتقادات التي واجهها في تلك الحقبة، لك نظريته لم تقدم معلومات كافية عن الذرة وبنيتها فبقيت محلا للغموض.
نظربة طومسون الذرية
في القرن التاسع عشر أصبح لدى العلماء الكثير من المعلومات عن الذرة ; تجربة بيران سنه1895 للاشعة المهبطية التي كشفت ان المادة تتكون من دقائق سالبة تسمى الالكترونات وتجربة غولدشتاين سنة 1886 التي سمحت باكتشاف ايونات موجبة مكونة للمادة. فبات واضحا ان الذرة متعادلة كهربائيا تتكون من الكترونات سالبة وايونات موجبة والتي كانت أكبر بكثير من نظريتها السالبة، في سنة 1903 اقترح طومسون نموذجا ذريا حيث اعتبر طومسون الذرة بشكل كرة مسمطة متعادلة كهربائيا تملئ معظمها مادة موجبة الشحنة تمثل الكتلة الأكبر في الذرة وبها عدد من الالكترونات يكفي لتعديلها كهربائيا يتوزع بحيث يحافظ على التوازن الالكتروستاتيكي.
نموذج روذرفرد الذري
على ضوء التجربة التي قام بها روذرفورد عام 1909 اين وزع حزمة من اشعاعات نحو صفيحة من الذهب سمكها من رتبة 0,5 ميكرون فوجد ان اغلب الدقائق اخترقت الصفيحة كما ان نسبة قليلة انحرفت بزاويا كبيرة بينما نسبة ضئيلة جدا ارتدت للخلف وقد فسر روذرفورد ارتداد الدقائق باصطدامها بكتلة كبيرة كما فسر الانحراف بالتأثيرات الكهربائية بين الكتلة والدقائق فاستنتج انها موجبة اما بالنسبة للدقائق التي اخترقت الصفيحة ففسرها بوجود فراغ كبير اقترح روذرفورد نموذجا تتكون فيه النواة ابعادها من رتبة يملئ حجمها فراغ وتدور الالكترونات حول النواة كدوران الكواكب حول الشمس فسمي هذا النموذج بالنموذج الكوكبي للذرة.
مالبث ان واجه هذا النموذج اشكالية تمثلت في تناقضها مع مبادئ النظرية الكهرومغناطيسية لماكس ويل حيث تنص على ان حركة كل شحنة كهربائية داخل مجال كهربائي يسبب انبعاث اشعاعات كهرومغناطيسية فتنخفض طاقة هذه الشحنة مما يؤدي إلى تباطؤ سرعة دورانها حول النواة ولا يتوقف انبعاث هذه الاشعاعات الا بسقوط الإلكترون على النواة وتدمير المادة.
نموذج بوهر الذري
في سنه1913 اقترح العلم بوهر نموذجا لذرة الهيدروجين بإدخال تعديلات مهمة على نموذج ريذرفورد وقد وضع ثلاث فرضيات كالتالي :
-الفرضية الاولى
يأخذ الإلكترون اثناء تواجده بالذرة حالات مستقرة تكون خلال طاقة ذرته قيمة محددة وثابتة وخلال كل حالة مستقرة يتحرك الإلكترون حول نواة ذرته في مسار دائري مغلق يسمى المدار دون ان يشع طاقة.
-الفرضية الثانية : فرضية الانبعاثات الذرية
إذا تغيرت الحالة الحركية للإلكترون من مدار خاجي إلى مدار اقرب إلى النواة تنخفض طاقة ذرته بمقدار ينبعث منها على شكل اشعاع وحيد وبالمثل عند الانتقال من مدار داخلي إلى مدار خارجي ويتطلب ذلك امتصاص اشعاع وحيد تواتره نفس تواتو الإشعاع المنبعث في الحالة الاولى.
-الفرضية الثالثه : فرضية تكميم العزم الزاوي
العزم الزاوي يأخذ مقادير غير مستمرة محددة وثابتة تساوي مضاعفا لوحدة كمة طاقة تختلف حسب المدار الذي يشغله الإلكترون.
حققت نظريه بور نجاحا هائلا فقد سمحت بدراسة ذرات الهيدروجين واشباه الهيدروجين الا انها بقيت عاجزة عن دراسة ذرات اخرى كما لوحظ تجريبيا انه لا يمكن تحديد سرعة الإلكترون في مدار حدد نصف قطره في حين وحسب بور يمكن تحديد موقع وسرعة الإلكترون في آن واحد وبدقة مقبولة. هذا ما دفع بالبحث عن نموذج جديد لفهم بنية الذرات والجزيئات.
النموذج الحديث للذرة
قام العالم شرودنجر عام 1927 بإعادة دراسة بنية الذرة وفق نموذج بور بإضافة فرضية دوبرغلي حيث اعتبر ان الإلكترون يتحرك حول النواة بشكل موجه مستقرة تحتوي على عدد صحيح من البطون والعقد ويتناسب طول الموجة عكسيا مع جداء كتلة الإلكترون وسرعته وصاغ شرودنجر معادلته الشهيرة والتي يمكن من خلالها تحديد موقع وسرعه الإلكترون أو الجزيئات بدقة عالية وقد مثلت معادلته الرياضية اساس النموذج الحديث للذرة