ماتعلمناه في المدرسة خاطئ.. هذا هو شكل الذرة الحقيقي!

 منذ أن بدأنا بدراسة الفيزياء و الكيمياء بمدارسنا، تعلمنا أن هناك شكل كلاسيكي للذرة. فهي نواة موجبة يدور حولها الإلكترونات السالبة وشبيهة بالنظام الشمسي الذي تدور فيه الكواكب حول الشمس. لكن هل تساءلت يومًا عن الشكل الحقيقي للذرة؟ ماذا سيحصل إذا كان هناك المزيد من الأمور التي لم نكتشفها بعد؟

في عالم ميكانيك الكم، تنكشف لنا أسرار الذرة بشكل مختلف تمامًا. ويبدو أن ما تعلمناه عن مكان الإلكترون في الذرة كان مجرد جزء من القصة. في هذا المقال، سنحلل كيف تغيرت نظريات الذرة عبر العقود، وكيف يمكن للإلكترون أن يكون في أكثر من مكان في آن واحد، وكيف يمكن للذرة أن تكون أكثر تعقيدًا مما تخيلنا. عالم الذرة الحقيقي يمكنت أن يقلب كل ما تعلمناه رأسًا على عقب!

 بدايةً مع دالتون، الذي اقترح في القرن الثامن عشر أن الذرة هي وحدة أساسية للمادة، واعتبرها كرة صغيرة وصلبة لا يمكن تقسيمها، وهي المكون الأساسي لكل المواد. كما اقترح أن الذرات لها أوزان مختلفة، مما يفسر التفاوت في الخصائص بين المواد.

تمثلت هذه النظرية في نموذج الكرة الصلبة، حيث كل عنصر يتكون من ذرات متطابقة، ومع ذلك تم تطويرها لاحقًا مع اكتشافات الجزيئات الفرعية وهياكل الذرات الدقيقة ،لكن  بعض تفاصيل نظرية دالتون تمت مراجعتها وتعديلها مع تطور التقنيات والفهم العلمي على مر العقود. 

في عام 1902، اقترح العالم طومسون نظرية للذرة تصوّرها كجسيم صغير متجانس المادة موجب الشحنة. واكتشف الإلكترون ووصفه بأنه جسيم صغير يحمل شحنة سالبة. ثم في عام 1911، قدّم العالم رذرفورد نموذج النظام الشمسي للذرة، حيث تحتوي الذرة على نواة مركزية موجبة محاطة بالإلكترونات التي تدور حولها.

حيث قام رذرفورد  بإسقاط حزمة من جسيمات ألفا موجبة الشحنة على صفيحة ذهب رقيقة وسجل ملاحظاته :

في عام 1913، عدل العالم بور نظرية رذرفورد حيث وصف الذرة بأنها تحتوي على نواة موجبة مركزية وإلكترونات تدور حولها في مدارات دائرية. وقد أشار بور إلى أن تلك الإلكترونات تتواجد في مستويات طاقة مختلفة، وعندما يقفز الإلكترون من مستوى طاقة أدنى إلى مستوى طاقة أعلى، يتم امتصاص طاقة، وعندما يقفز من مستوى أعلى إلى أدنى، يتم إطلاق طاقة على شكل ضوء.

ثم عدل العالم سمرفيلد نموذج بور في عام 1916. حيث قدم مفهوم المستويات الطاقية الكمية (s, p, d, f) إلى النموذج، وهذه المستويات تشير إلى مدى ترتيب الإلكترونات في المدارات الطاقية. ليساهم هذا التعديل في تحسين فهمنا لتوزيع الإلكترونات في الذرة وطريقة ترتيبها حسب مستويات الطاقة الكمية.

قد يكون الشكل السابق هو الأقرب، ففي عالم ميكانيك الكم، يُعد تحديد موقع الإلكترون في الذرة مسألة معقدة. نظرًا لأن المدار وسرعة دوران الإلكترون غير معروفين بدقة، فإن التقاط صورة للذرة في لحظة زمنية معينة لا يكفي لتحديد موقع الإلكترون بدقة. بالتالي، يُعتبر أي مكان في الفضاء المحيط بالنواة مكانًا محتملًا لوجود الإلكترون. هذا يعكس الطبيعة الاحتمالية لمواقع الإلكترونات ويجسد التحول الكبير في فهمنا لبنية الذرة منذ أيام النماذج الذرية الكلاسيكية. فشكل الذرة يتغير بشكل ملفت، ومستحيل تحديد مكانه بسهولة.

في القرن العشرين بدأت نظريات ميكانيك الكم بالظهور بسبب موقع الإلكترون الذي كان سبب بحدوث كل هذه التغيرات في الدراسات. 

وأخيراً مازال العلماء يجرون الكثير من الدراسات والأبحاث حول الذرة، لذا لا نعلم إن كنا سنرى أبحاث جديدة تغيّر هذا المفهوم أيضاً.