بسم الله الرحمن الرحيم
الذرة بين المنطق والتجريب
عرف لافوزاييه من بعض الكيميائيين السابقين له أن الأحماض acids تؤثر في بعض المعادن وتسبب تآكلها مصحوبة في ذلك بانطلاق غاز غريب يشتعل بقوة يسمي فلوجيستون Phlogiston، خلط لافوزاييه هذا الغاز مع غاز الأكسجين في مخبار ثم أدخل عود من الثقاب مشتعل أدى إلي اشتعال هذا الغاز علي الفور، ليس هذا وفقط بل لاحظ أيضاً أن بعض قطرات الماء قد تكونت علي جدار المخبار، وبعد تجربة محكمة تأكد أن الماء تكون بسبب تفاعل الأكسجين مع هذا الغاز لذا أعاد لافوزاييه تسمية هذا الغاز باسم هيدروجين Hydrogen وهو يعني باللغة الإغريقية " صانع الماء " ، لقد أجري لافوزاييه عدة تجارب علي مواد أخري مثل الكبريت Sulfur والفسفور Phosphorus بحرقها في الهواء الجوي فلاحظ تكون مواد جديدة، وإننا نشيد بملاحظته الرائعة واستنتاجه الأروع عندما لاحظ أن وزن المواد الجديدة أكبر من وزن المواد الأصلية بعد التفاعل، فاستنتج أن هذه المواد اتحدت مع مواد أخري من الهواء واستدل بذلك علي نقص وزن الهواء الذي تمت فيه عملية الاحتراق combustion وبتلك الملاحظة أسس لافوزاييه قانون حفظ الكتلة Law of conservation of mass والذي ينص علي " الكتلة لا تفقد ولا تكتسب أثناء التفاعل الكيميائي Chemical Reaction ".
بحلول عام 1803 ظهرت نظرية عن الذرات تدعمها التجارب علي يد الكيميائي البريطاني الرائع جون دالتون John Daltonمؤسس النظرية الذرية الحديثة والذي عاش في الفترة ما بين 1766 – 1844 ، وتعتبر هذه النظرية هي أول ظهور للذرات الحقيقية، توصل جون إلي أن النسبة بين كتلتي مادتين بسيطتين ناتجتين عن تحليل مادة مركبة – في إشارة واضحة إلى العناصر أو الذرات – هي نفس النسبة بين كتلتي ذرتيهما لو كان جزئ المادة المركبة يحتوى ذرة واحدة من كل من المادتين، فلو اعتبرنا كتلة أخف الذرات هي الوحدة فسيمكن وضع تدريج للكتل الذرية، وتبعاً لنظرية دالتون فإنه لا يمكن تقسيم المادة إلي مالا نهاية دون تغير طبيعتها واعتبر العلامة دالتون أن كل شئ يتركب من جسيمات غير قابلة للانقسام هي الذرات، تمثل هذه الذرات علي شكل كريات متناهية الصغر تترابط معاً في مجموعات أطلق عليها اسم الجزيئاتmolecules، وقد ساعدت ملاحظات روبرت براون Robert Braunعلي تدعيم النظرية كثيراً.
لقد استفاد دالتون من تجارب بريستلي ولافوزاييه في صنع تجارب لقياس وتسجيل حالة الجو في مدينته مانشستر Manchester، وعبر ملاحظاته لضباب الصباح والأوقات الأخرى أدرك دالتون أن الماء إذا كان علي الصورة البخارية فإنه يشغل نفس الحيز مع الهواء ويختلط به بسهولة تامة، علي العكس من المواد الصلبة، بمعني أن الثلج لا يختلط مع الهواء بل يسقط علي الأرض، لذا تساءل دالتون: لماذا يتصرف الماء في بعض الأحيان كمادة صلبة وأحياناً أخري كغاز؟ ..... توصل دالتون إلي نتيجة مفادها أن جميع المواد تتكون من دقائق متناهية في الصغر، ففي الحالة الغازية يكون لهذه الدقائق حرية الطفو في الفضاء والاختلاط مع الغازات الأخرى، تماماً مثلما افترض برنولي، لكن فكرة دالتون امتدت لتشمل باقي المواد الصلبة، الغازية، والسائلة .... في البداية أعلن دالتون جزء من نظريته في عام 1803 ثم عاد ليضفي هذه المبادئ عام 1808 في ورقته الكلاسيكية الرائعة A New Chemical Philosophy.
تمحورت نظرية دالتون الذرية حول أربعة محاور رئيسية:
1- جميع المواد تتكون من دقائق صغيرة جداً غير قابلة للانقسام تسمي الذرات atoms.
2- جميع ذرات العنصر الواحد متماثلة، بينما ذرات العناصر المختلفة لها خواص مختلفة، وقد كان هذا الوصف حسب دراسة دالتون لأوزان العناصر الذرية.
3- تشتمل التفاعلات الكيميائية علي اتحاد الذرات مع بعضها وليس تحطيم الذرات، حيث أن الذرات غير قابلة للانقسام أو التحطيم أو التغيير، لذا فإن المركبات الكيميائية مثل الماء أو أكسيد الزئبق تشكلت باتحاد كيميائي لذرة واحدة مع ذرات أخري، ويعتبر هذا المبدأ مبدأ تقدمي بالنسبة لهذا الوقت، حيث دلت نظرية دالتون ضمنياً علي ترابط الذرات مع بعضها البعض قبل أكثر من مائة قبل أن يستطيع الكيميائيين تفسير مبدأ الترابط الكيميائي chemical bonding، لكننا يجب أن نشير إلي أن ما قصده دالتون بمعني اتحاد الذرات مع بعضها أن الذرات حسبما وصفها بأنها معقوفة hooked بمعني أنه صورها بأنها لها مخالب تتشابك به مع الذرات الأخرى لتكوين الجزيئات، وهو مبدأ ثبت خطأه تماماً بعد ذلك، ولكنه علي الناحية الأخرى وصف الجزيئات بصورة صحيحة حيث أشار إلي أن الماء يتكون من ذرتين هيدروجين مع ذرة واحدة أكسجين.
تفسر النظرية أيضاً عدد كبير من خواص المواد الصلبة والغازية والسائلة، فالذرات والجزيئات في المواد الصلبة solid stateثابتة في أماكنها ويتاح لها الاهتزاز حول مواضع سكونها، كما تنتظم في أشكال محددة تعرف باسم البلوراتcrystals، وتمتلك هذه الجزيئات أو الذرات طاقة حركية تزداد بزيادة درجة حرارة الجسم الصلب، وبازدياد التسخين تتحرك الذرات أو الجزيئات تدريجياً بما يسمح لها بتبادل مواقعها وهنا تتحول المادة إلي الحالة السائلة liquid، ومع الاستمرار في التسخين بحيث يصبح لدي الجزيئات أو الذرات حرية الانتشار تحولت المادة إلي الحالة الغازية gas.
في عام 1811 أدخل الإيطالي أميديو أفوجادرو AvogadroAmedo, Conte di Quaregna اسماً جديداًَ في علم الكيمياء هو الجزئ، وقد أطلقه علي أصغر جزء من المركب ويحتوي الجزئ في المركب علي عدد من الذرات وقد عرف الذرة علي أنها أصغر جزء من المادة يمكن أن يدخل في تفاعل كيميائي، لقد بين أفوجادرو أن ذرات العنصر غالباً ما تنضم مع بعضها البعض مكونة مجموعات صغيرة تعرف بالجزيئات، وحينما تدخل المواد في التفاعلات الكيميائية تتفكك جزيئاتها إلي ذرات وبين هذه الذرات يحدث الاتحاد الكيمائي، وهكذا استطاع أفوجادرو بتعديله لنظرية دالتون أن يفسر قوانين الكيمياء الأساسية.
وفى عام 1815 اقترح وليام بروت William Proutأن كل العناصر قد تكون عبارة عن تجمعات من ذرات الهيدروجين، وبالتالي أعتبر بناءاً علي ذلك أن ذرة الهيدروجين وحدة بناء المادة.
في عام 1829 وضع دوبرينر Johann Dobereiner ثلاثة جداول بها ثلاث مجموعات، كل مجموعة تضم ثلاثة عناصر متشابهة الخواص، المجموعة الأولي تضم الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم، والثانية تضم الكالسيوم والأسترانشيوم والباريوم، وتضم الثالثة الكلور والبروم واليود، وفي عام 1864 رتب جون نيولاندز John Newlands 60 عنصراً حسب أوزانها الذرية ووجد تشابهاً بين العنصر الأول والعنصر الثامن، وبين العنصر الثاني والعنصر التاسع .. وهكذا، فاقترح قانون أوكتاف The Law of Octaves، وقد نص هذا القانون علي أن:
عندما يتم ترتيب العناصر تصاعدياً حسب أوزانها الذرية، فإن العنصر الأول يشابه العنصر الثامن في خواصه الكيميائية والفيزيائية.
كان نيولاندز أول من لاحظ دورية العناصر ... وأول من اطلقها ... وكان أول من حاول تصنيف العناصر حسب أوزانها الذرية، إلا أن هذا الترتيب لا يصلح بعد الكالسيوم ....!!!!!
Johann Dobereiner
John Newlands
في عام 1865 استطاع الكيميائي النمساوي لوشميدات Loschmidat تعيين عدد الجزئيات في الجرام الجزيئي mole لأي غاز عملياً لأول مرة - وهو ما أشار إليه أفوجادرو - NA = 6.02×10^23 atoms/mole - بعض المراجع تكتب رمز عدد أفوجادروNo - عن طريق النظرية الحركية للغازات المطورة بواسطة ماكسويل وبولتزمان J. C. Maxwell & L. Boltzmann وهذا العدد ثابت لجميع المواد ، وقد سمى هذا العدد باسم الكيميائي الإيطالي أفوجادرو Avogadro الذي أشار لأول مرة إلى أن الحجوم المتساوية من أي غاز تحتوى نفس العدد من الجسيمات تحت نفس الضغط و درجة الحرارة ، ويمثل عدد أفوجادرو حلقة الوصل بين الفيزياء المجهرية Microphysics والفيزياء العيانية Macrophysics فالحجم الهائل لهذا العدد يدلنا على مدى حقيقة صغر الذرات والجزيئات وعن سبب عدم ظهور التركيب الحبيبي للمادة بجلاء فى عالم الفيزياء العيانية.
رد مع اقتباس
.gif "(86)")
ـــي الفيزياء
مواقع النشر (المفضلة)