الذرة: جون دالتون

                         بسم الله الرحمن الرحيم

مقدمة

فى هذه المحطة  من رحلتنا مع  الذرة، أقول بوضوح  إننا بواسطة جون دالتون استطعنا أن نعبر بسلام من مرحلة التخمينات الفلسفية إلى مرحلة  الفرض و التجربة و البرهان و أساسيات العلم الحديث  فى التوصل إلى ماهية الذرة، حتى و إن كانت نظريته عنها  ليست صحيحة تماما بقاييس اليوم.

 ولد جون دالتون فى إنجلترا،عاش فى الفترة من ١٧٦٦م إلى ١٨٤٤م [١]،  كان إنسانا ذكيا فقد عين كمعلم فى إحدى المدارس و عمره  ١٢  عاما فقط[٢]. من الممكن تصنيفه على أنه كان فيزيائيا، كيميائيا و عالم أرصاد جوية[١]. أبزز إنجازاته اسهماته فى تأسيس و تطوير النظرية الذرية الحديثة و أيضا أبحاثه عن مرض عمى الألوان[٢،١].

 جون دالتون- Wikimedia Commons   

كما يوضح هذا الرابط، كان علم الأرصاد الجوية هو المدخل إلى اقتناع دالتون بأن المادة تتكون من وحدات صغيرة جدا ، تميز كل عنصر و غير قابلة للانقسام. حدث ذلك من خلال ملاحظاته لبخار الماء فى الهواء، فقد تسائل كيف يمكن للماء و الهواء أن يشغلا نقس الحيز من الفراغ فى وقت واحد بينما الأجسام الصلبة لا يمكنها أن تفعل ذلك !! كانت الإجابة التى وجدها أنه يمكن حدوث ذلك إذا كان كل من الماء و الهواء مكونان من جسيمات صغيرة جدا و محددة و بخار الماء فى تلك الحالة  يمكن تفسيره على أنه اختلاط بين جسيمات الماء و جسيمات الهواء! 

هل لاحظتم فى المقطع السابق "عبارة جسيمات صغيرة جدا و محددة؟ هذا هو المدخل إلى عالم الذرة الحديث. فى الواقع كان هذا فرضا ذكيا من دالتون و لكن علينا أن نصبر قليلا حتى نحصل على البرهان العلمى الذى يتأتى من التجربة العلمية التى ستثبت أو تنفى صحة فرضه.

نظرية دالتون الذرية

من خلال أبحاثه عن الغازات توصل إلى نظريته عن الذرة والتى تعرف باسم نظرية دالتون الذرية و فروضها كالآتى[٥،٤،٣،١]:

١ - كل المواد مكونة من وحدات صغيرة تسمى الذرات التى هى أصغر و حدات العنصر أو المادة.

٢- الذرات لا يمكن تدميرها أو استحداثها  أو تحويلها من نوع إلى آخر.

٣- كل ذرات نفس العنصر متطابقة فى الكتلة و الحجم.

٤ - ذرات العناصر المختلفة ترتبط معا  بنسبة لها قيمة عددية صحيحة لتكون مركبات كيميائية ويعرف هذا باسم قانون النسب المتضاعفة(نعنى بذلك مثلا كما يوضح هذا المرجع[٦] أنه لو لدينا ذرة مثل الكربون C  و ذرة أخرى مثل الأكسجين O،  يمكننا أن نكون منهما مركبين أول أكسيد الكربون ورمزه CO و ثانى أكسيد الكربون و رمزه CO2 فلو افترضنا مثلا أن ١٠٠ جم من الكربون تتفاعل مع ١٣٣ جم من الأكسجين لتكونا CO  و ٢٦٦ من الأكسجين تتفاعل مع نفس الكتلة من الكربون لتكونا CO2, فإن نسبة كتلة الأكسجين فى الCO2 إلى كتلته فى الCO   تكون  ٢٦٦\١٣٣ =٢، هذا العدد ٢ استنتج دالتون أنه عدد الذرات, ففى حالة الCO كان عدد ذرات الأكسجين ذرة واحدة و فى حالة ال CO2 كان عددهم ذرتين.  بمعنى آخر عندما تتحد العناصر لتكون  مركب جديد  فإنها تتحد مكونة مركبات تحتوى على أعداد صحيحة من الذرات و ليس نصف ذرة أو ربع ذرة و هكذا. فى الواقع  كان هذا يمثابة اثيات على صحة فرض دالتون بأن المادة مكونة من وحدات محددة تسمى الذرات).

٥- فى التفاعلات الكيميائية الذرات يمكنها الارتباط و الانفصال و إعادة الترتيب.

 قانون النسب المتضاعفة فى حالة اتحاد ذرتى الأكسجين و النيتروجين- Wikimedia Commons

قصور نظرية دالتون الذرية
ما توصل إليه دالتون كان إنجازا هائلا فى عصرة و يعد جوهرا للنظرية الذرية الحديثة لكن رغم ذلك  ليس كل ما افترضه كان حقائق فقد شابها بعض القصور الآتى: 

١ - التطور العلمى بين لنا أن  الفرض رقم (١)  جزء منه  صحيح  وهو أن كل المواد مكونة من ذرات و لكن ليست الذرات هى أصغر أجزاء المادة، فنحن نعرف الآن أنه توجد جسيمات أصغر من الذرة مثل  الإلكترونات، البروتونات و النيترونات .

٢- الفرض رقم( ٢) صحيح على مستوى التفاعلات الكيميائية،  لا يمكن لذرة عنصر أن تتحول من عنصر إلى آخر،  لكن على مستوى التفاعلات النووية  كالانصهار النووى أو الانشطار النووى  فيمكن  أن تتحول  ذرات  عنصر إلى  ذرات عنصر آخر، أى مثلا يمكننا تحويل الذهب إلى نحاس.

٣-  فيما يخص الفرض رقم( ٣) أظهرت لنا الفيزياء النووية أنه يمكن لنفس العنصر أن يكون له كتلتان مختلفتان و هذا ما يعرف باسم المتشابهات(عناصر تحتوى على نفس العدد من البروتونات و لكن تختلف فى عدد النيترونات) مثل كربون١٢ و كربون١٤.  حسب النظرية الذرية الحديثة ما يميز العنصر هو عدد  البروتونات ، فكربون١٢ و كربون١٤ هما نفس العنصر لأن لهما نفس عدد البروتونات و هو ٦.

٤-  الفرض الرابع صحيح بالنسبة للمركبات البسيطة لكن بالنسبة للمركبات الأشد تعقيدا لا يتحقق [٦] .

انتهت الآن رحلتنا مع جون دالتون و حدسه العظيم، فى  تدوينة  قادمة إن شاء الله سنتعرف على عالم  جديد  ورحلة أخرى مثيرة مع الذرة.



روابط ذات صلة:
الذرة:ديمقريطيس  
المراجع:
 ١- جون دالتون(ويكيبديا). 
٢- جون دالتون(مؤسسة التراث الكيميائى).
٣ - جون دالتون و النظرية الذرية.
٤- أسس نظرية دالتون الذرية.
٥- نظرية دالتون الذرية.
٦- قانون النسب المتضاعفة.
٧- فيديو:جون دالتون و قانون النسب الثابتة.

روابط مفيدة:
١- فيديو:قانون النسب  الثابتة و المتضاعفة.
٢- فيديو:قانون النسب الثابتة.