يتألف الذرة من مجموعة من النيوترونات والبروتونات، ويحيط بها الإلكترونات، وهناك العديد من النماذج التي تشرح الذرة، بما في ذلك نموذج طومسون ونموذج رذفورد .
نموذج طومسون
تعرف نظرية البودنج التي اقترحت من قبل العالم جوزيف جون تومسون بعد اكتشاف الإلكترون، ولكنها كانت قبل اكتشاف البروتون والنيترون. تفترض هذه النظرية أن الذرة تتكون من إلكترونات تحيط بها بودنج من الشحنات الموجبة مشابهة لنواة حبة الرقوق. ولكن تم تجاوز هذه النظرية واكتشاف خطأها من قبل العالم رذرفورد عندما أجرى تجربة الرقائق الشهيرة المصنوعة من الذهب، والتي من خلالها تم اكتشاف البنية الذرية .
نموذج رذرفورد للذره
نموذج رذرفورد هو تصور نمطي لتركيب الذرة الذي صاغه العالم إرنست رذرفورد. في عام 1909م، كلف مساعده هانز جايجر إنست ماريسدن بإجراء تجارب رقاقة الذهب في جامعة مانشستر. بعد ذلك، قام العالم بسلسلة من الدراسات التحليلية لنتائج تلك التجربة ونشر نموذجه للذرة في عام 1911م. هذا النموذج يصف تركيب الذرة وأظهر أن نموذج طومسون السابق للعالم جوزيف جون طومسون كان خاطئا. أشار النموذج الجديد في نتائجه التجريبية إلى وجود شحنة مركزية قوية مركزة في حجم صغير مقارنة ببقية الذرة، وأكد أن المركز يحتوي على كتلة الذرة وأطلق عليه اسم النواة .
الأساس التجريبي للنموذج
في العام 1911م قام رذوفورد بنقد نموذح طومسون في التجربة الشهيرة التي عُرفت لاحقًا بتجربة رذوفورد والتي أثبت من خلالها أن الذرة لديها نواة صغيرة وثقيلة ، وقد صمم تجربته من أجل استخدام جسيمات ألفا المنبعثة من العنصر المشع فلو كان طومسون صحيح في افتراضه فإن الشعاع سوف يذهب مباشرة من خلال رقائق الذهب ولكن ما حدث أن الحزم ذهبت من خلال الرقائق وانعكس بعضها ، كان النموذج تفسير للنتائج التجريبية غير المتوقعة .
فقال في تلك النموذج أن الذرة تتكون من شحنة مركزية وهي التي عُرفت حديثًا باسم نواة الذرة ، ولم يستخدم رذوفورد مصطلح النواة في ورقته العلمية ولكنه افترض أن تلك الشحنة المركزية محاطة بسحابة من الالكترونات وافترض أنها تدور حولها ، وقال بوجود منطقة مركزية صغيرة ذات شحنة عالية جدًا في الذرة ، ثم فكر في إحداث نتائج ملموسة فقام بتمرير جسيم ألفا عالي السرعة وذلك من خلال ذرة لها شحنة مركزية موجبة ، ويحيط بها شحنة أخرى سالبة ، وكان قادرًا على حساب نصف قطر الشحنة لرقائق الذهب ، وكانت فرضيته أنه يجب ألا تقل عن عن 3.4 × 10−14 متر ، وذلك كان في ذرة قطرها 10−10 متر ، حيث كانت النتائج مدهشة للغاية حيث تضمنت مرور شحنة مركزية قوية أقل من 1/3000 من قطر الذرة .
قد اقترح أن الشحنة المركزية للذرة تتناسب مع كتلتها الذرية في الهيدروجين وحدد كتلة الذهب الذرية بـ 197، ولم يحاول تقدير الشحنة المركزية بشكل مباشر للعدد الذري، وبعد شهور قدم اقتراحا آخر للعالم أنطونيوس فان دون بروك يتعلق بالهوية الدقيقة للعدد الذري والشحنة الذرية، وقام العالم هنري موزلي بتأكيده، ويمكن تلخيص نموذج رذرفورد بأن الشحنة المركزية للذرة تتناسب مع كتلتها الذرية
تشير سحابة الذرات الإلكترونية إلى عدم تأثير المدار الذري على تشتت جسيمات ألفا .
يتمركز جزء كبير من الشحنة الموجبة للذرة في حجم صغير جدًا من الذرة، وهذا الحجم يتناسب مع الشحنة ومع الكتلة الذرية، وأصبح يعرف بالنواة .
تتركز الكتلة الذرية الثقيلة مثل الذهب على الأرجح في منطقة الشحنة المركزية، وتظهر الحسابات أنها لا تتحرك ولا تنحرف بواسطة جسيمات ألفا عالية السرعة .
-يصل قطر الذرة نفسها حوالي 100000 (105) مرة من قطر النواة .
إسهامات نموذج رذرفود في العلم الحديث
ونظرا لهذا الاكتشاف، قال العلماء إن الذرة ليست جسيما واحدا، بل تتكون من جسيمات أصغر بكثير. وقد حددت الأبحاث العلمية البنية الذرية الدقيقة بعد ذلك، واكتشف العلماء في النهاية أن الذرات لها نواة موجبة الشحنة مع عدد ذري دقيق من الشحنات في المركز. واكتشفوا بعد ذلك أن الإلكترونات أصغر بكثير من ذلك. كما اكتشف العلماء الأشعة السينية وقالوا إن العدد المتوقع للإلكترونات هو نفس العدد الذري في الذرة. فعند مرور الأشعة السينية عبر الذرة يحدث تشتت لبعضها بينما يمر الباقي، وبسبب ذلك تفقد الأشعة شدتها بسبب حدوث التشتت في الإلكترونات، ويمكن ملاحظة ذلك في معدل النقص في كثافة الأشعة السينية .
قارن بين نموذج طومسون ونموذج رذرفورد
قال طومسون أن الذرة عبارة عن كرة مصمتة من الشحنات الموجبة وبداخلها تنغرس الشحنات السالبة لكي تعادلها بالتالي قال أن الذرة لا يوجد بداخلها فراغ أبدًا ، بينما قال رذرفود أن الذرة في معظمها فراغ وقال أيضًا أن كتلتها تتركز في النواة ذات الشحنة الموجبة وتدور من حولها الإلكترونات السالبة .