Loading...

اكتشاف الالكترون


اكتشاف الإلكترون




لم يكن لمفهوم الإلكترون أن يظهر لولا اعلان اليساندرو فولتا Allesandro Volta في العشرين من آذار مارس عام 1800 عن اختراعه لعمود فولتا ، وهو الصورة البدائية للعمود الجاف (البطارية) ، عندما جمع بين معدنين مختلفين ، هما الخارصين والفضة ، بعد أن فصل بينهما بقطعة من قماش بللها في محلول من ملح ، وربط هذا الزوج بمثله ثم بمثله ، فلما تسلسلت ، أعطت السلسلة تياراً كهربائياً ضعيفاً ، تزداد قوته بزيادة طول السلسلة .

أوقد هذا الاختراع شعلة في رأس جونز برزيليوس Jons Berzelius ، وأخذ يعمل على امرار الكهرباء القادمة من عمود فولتا خلال محاليل المركبات ، وأعلن بعد عامين من اختراع عمود فولتا أن العناصر المعدنية (الأيونات الموجبة من محلول المركب بالمفهوم الحديث) تذهب دائماً الى القطب السالب المربوط بعمود فولتا ، بينما العناصر غير المعدنية (الأيونات السالبة من محلول المركب بالمفهوم الحديث) تذهب دائماً الى القطب الموجب .

عام 1806 قام الشاب الإنجليزي همفري دافي Humphry Davy في معمله بصنع بطارية فولتية قوية من النحاس ، وفي أكتوبر تشرين أول من ذلك العام أجرى الطاقة الكهربائية التي جاءت من مائة وخمسين عموداً في وعاء يحتوي على البوتاس السائح ، وبعد برهه ظهرت كرات من مادة كالفضة على الطرف السالب من سلك البلاتين المتصل بالبطارية ، لم تلبث أن اشتعلت من ذات نفسها ، ولم يكن هذا العنصر الذي فصله إلا عنصر البوتاسيوم .
وبذلك الكشف يكون دافي قد فتح باباً واسعاً للكيميائيين لاستخلاص العناصر .


وفي عام 1834 أبدى العالم الانجليزي مايكل فارادي Michael Faraday اهتماماً بدراسة أثر التيار الكهربائي في محاليل ومصاهير المركبات الكيميائية ، وقد بين أن إمرار التيار الكهربائي فيها يحدث تفاعلات كيميائية .
لاحظ فارادي عند إمرار تيار كهربائي خلال مصهور كلوريد النحاس ترسب النحاس على القطب السالب لخلية التحليل ، وتصاعد غاز الكلور عند القطب الموجب ، وقد قاده ذلك للإستنتاج بأن جسيماً كهربائياً قد دخل على الأيون الموجب ( أيون النحاس ) وحوله إلى ذرة متعادلة ( ذرة نحاس ) ، وفي نفس الوقت خرج الجسيم الكهربائي من الأيون السالب ( أيون الكلور ) وحوله إلى ذرات متعادلة أو جزيئاً متعادلاً ( جزيء الكلور ) . وهذا ما دعاه للاستنتاج بأن الذرات تحتوي على جسيمات سالبة الشحنة .
تزايد اهتمام العلماء في تلك الأثناء كثيراً بفهم طبيعة الكهرباء ، وبما أنه من المتعذر رؤية التيار الكهربائي عند مروره خلال سلك ، فقد حاول العلماء توليد تيار كهربائي من تلقاء نفسه عن طريق سحب الهواء من أنبوب ، ثم امرار التيار خلال الفراغ .

في عام 1855 قام المخترع الألماني هينريش غزلر Heinrich Geissler باختراع مضخة هواء جيدة قادرة على تفريغ الهواء من أنبوب زجاجي ، وقد وصل الضغط في الأنبوب الى 1/10000 من الضغط الجوي العادي .


وباختراع هذه المضخة قام العالم يوليوس بلكر J . Plucker عام 1859 بتصميم أول أنبوب تفريغ زجاجي يتصل طرفيه من الداخل بلوحين فلزيين ، وتم ربط اللوحين الفلزيين بكل من القطب السالب والقطب الموجب لمصدر عالي الفولتية ، وبعد سحب الهواء جزئياً من داخل الأنبوب بوساطة مضخة غزلر ، حدثت مفاجأة طار بلكر لها طرباً ، فقد تشكلت حزمة ضوئية خضراء اللون بين اللوحين الفلزين ، مما يعني سريان التيار الكهربائي خلال الفراغ ، وهو ما كان يحلم به العلماء .


ولتفسير اللغز الذي حير العلماء في تفسير طبيعة الأشعة المهبطية افترض العلماء أن الحزمة الضوئية شكل من أشكال الضوء .
ولكن الأشعة المهبطية انحرفت عن مسارها عند تعريضها لمجال مغناطيسي وهذا ما لا يحدث للضوء .



في العام 1869 بين العالم هيتورف J . W . Hittorf أن الحزمة الضوئية تسير في خطوط مستقيمة ، عندما لاحظ تكون ظل باتجاه المصعد لحاجز موضوع في مسارها .

وفي عام 1876 أطلق العالم الألماني ايوغن غولدشتاين Eugen Goldstein اسم الأشعة المهبطية على الحزمة الضوئية في أنبوب التفريغ مستفيداً من تجربة هيتورف ، لأنها تنطلق من المهبط ( القطب السالب ) باتجاه المصعد ( القطب الموجب ) .








في عام 1879 لاحظ السير ويليام كروكس Sir William Crookes أنه بالإمكان التحكم بسلوك الأشعة في أنبوب التفريغ بتخفيض الضغط فتتوهج الجدران الداخلية لأنبوب التفريغ .







كما لاحظ كروكس أن استبدال الغاز بالهواء في أنبوب التفريغ يؤدي الى تغيير لون الحزمة الضوئية ، أي أن لون الحزمة يعتمد على نوع الغاز الموضوع في أنبوب التفريغ .

كما قام كروكس بالتأثير على مسار الأشعة المهبطية بمجال مغناطيسي فانحرفت مبتعدةً عن القطب الشمالي للمغناطيس .

وفي العام 1895 أيضاً أيضاً قام العالم الفرنسي جين بيرين Jean Perrin بالتأثير على مسار الأشعة المهبطية بمجال كهربائي فانحرفت نحو المجال الكهربائي الموجب .
وبذلك أكدت تجربتا كروكس وبيرين على أن الأشعة المهبطية تحمل شحنة سالبة . 
كما لاحظ كروكس أن استبدال الغاز بالهواء في أنبوب التفريغ يؤدي الى تغيير لون الحزمة الضوئية ، أي أن لون الحزمة يعتمد على نوع الغاز الموضوع في أنبوب التفريغ .

كما قام كروكس بالتأثير على مسار الأشعة المهبطية بمجال مغناطيسي فانحرفت مبتعدةً عن القطب الشمالي للمغناطيس .

وفي العام 1895 أيضاً أيضاً قام العالم الفرنسي جين بيرين Jean Perrin بالتأثير على مسار الأشعة المهبطية بمجال كهربائي فانحرفت نحو المجال الكهربائي الموجب .
وبذلك أكدت تجربتا كروكس وبيرين على أن الأشعة المهبطية تحمل شحنة سالبة .




عام 1897 أزاح الفيزيائي الإنجليزي ثومسون J.J. Thomson الغموض عن الأشعة المهبطية ، فاقترح أن تكون هذه الأشعة عبارة عن جسيمات صغيرة ؛ أصغر من الذرة ، وذات شحنة سالبة ، وقد قام بتحديد الخصائص الآتية للأشعة المهبطية :

1- لها القدرة على إدارة دولاب صغير أو مروحه موضوعه في مسارها دلاله على أنها تمتلك طاقة حركية .
2- لها القدرة على تسخين الأجسام التي تصطدم بها وهذا يعني أن لها طبيعة جسيمية أو مادية .
3- عند وضع حاجز في مسارها يتكون للحاجز ظل دلالة على سيرها في
خطوط مستقيمة .

4- إذا أثر عليها مجال كهربائي أو مغناطيسي فإنها تنحرف نحو المجال الموجب دلالة على كونها سالبة الشحنة .


ملاحظه ( التجربه موضحه في الفيديو نهاية الصفحه )

صورة لأنبوب التفريغ الذي استخدمه ثومسون في تجاربة .

وبذلك نسب الفضل الى ثومسون في اكتشاف الإلكترون ، إلا أنه لم يقترح اسماً لهذه الجسيمات ، ولكن بعد فترة قصيرة من تجربته تم اعتماد اسم الإلكترون والذي اقترحه العالم الايرلندي جورج ستوني G . Stoney عام 1891 على الشحنات الكهربائية السالبة في التيار الكهربائي .
حساب النسبة بين شحنة الإلكترون الى كتلته
في نفس العام الذي أعلن فيه ثومسون اكتشاف الإلكترون ، قام بحساب النسبة بين شحنة الالكترون الى كتلته من خلال مقدار الإنحراف الذي يعانيه مسار الأشعة المهبطية عند التأثير عليه بمجال مغناطيسي .

وقد وجد أن هذه النسبة تساوي 1,76 × 1110 كولوم / كغم .
اكتشاف الشحنات الموجبه
عام 1886 افترض ايوغن غولدشتاين Eugen Goldstein وجود أشعة تعاكس الأشعة المهبطية في الاتجاه ، ولهذا الغرض تم تصميم أنبوب زجاجي سمي أنبوب الأشعة المصعدية ( أشعة القناة ) مثبت في طرفيه من الداخل قطبان فلزيان ، القطب الذي يمثل المهبط منهما مثقوب .
وعند تفريغ الهواء داخل الأنبوب ، ووصل القطبان بمصدر كهربائي ذي فرق جهد عال ، تولدت أشعة خلف المبهط مرت من خلال الثقوب ، وبتكون هذه الأشعة تأكد للعلماء وجود جسيمات موجبة الشحنة في الذرات.


وبحساب النسبة بين شحنة الأيون الموجب الى كتلته ومقارنتها بمثيلتها للإلكترون تبين ما يلي :
1-
النسبة بين شحنة الأيون الموجب الى كتلته مهما تغير الغاز داخل أنبوب التفريغ كانت أصغر بكثير من الإلكترون ، وهذا أدى للإستنتاج بأن كتلة الإلكترون أصغر بكثير من كتلة الأيون الموجب .
2-النسبة بين شحنة الأيون الموجب الى كتلته تختلف باختلاف نوع الغاز داخل أنبوب التفريغ بينما تلك النسبة ثابته للإلكترون ، وهذا يعني أن كتلة الأيون الموجب تختلف من غاز الى آخر .
وباستمرار التجارب تبين أن أكبر قيمة للنسبة بين شحنة الأيون الموجب الى كتلته كانت لأيون الهيدروجين الموجب ، وهذا يعني أن كتلة أيون الهيدروجين هي الأصغر بين الأيونات .
وعند حساب كتلة أيون الهيدروجين ومقارنتها بأيونات الغازات الأخرى تبين أن كتلها تقارب مضاعفات لكتلة الهيدروجين ، وعليه تم افتراض وجود جسيم موجب الشحنة موجود في أيون الهيدروجين ويزداد عدده من أيون عنصر الى الآخر .
وقد سمي هذا الجسيم بروتون ويعني المكون الأولى لأنه موجود في أيون الهيدروجين وهو أخف الأيونات كتلة ، ويتكرر وجوده في كل الأيونات الموجبة الأخرى .

المرجع:http://www.z-chem.com/vb/t3438.html



تجارب طومسون




بنية الذرة وحتى تجارب طومسون




النموذج الذري لرذرفورد و طومسون