طريقة الحل بالأشعة الموجبة داخل معمل كافندش بواسطة “أستن”

1997 قطوف من سير العلماء الجزء الأول

صبري الدمرداش

KFAS

معمل كافندش أستن الأشعة الموجبة الكيمياء

كان لا بد من الخروج على المألوف.

ومن ثم اتجهت انظار العلماء إلى هناك. إلى معمل كاﭬندش في جامعة كيمبردج للفوز بالقول الفصل. فتاريخ العلم الحديث يشير إلى أن هذا المعمل كان دائماً مقر التجارب الجريئة الخارجة على ما هو تقليدي.

وفي ذلك الوقت كان السير جوزيف طومسون وتلاميذه قد أتقنوا طريقة حل الذرات بإطلاق الأشعة الموجبة عليها. وفي هذا المعمل أقدم تلميذ آخر من تلاميذ طومسون على حل مسألة علمية معقدة.

ذلك هو العالم الشاب فرنسيس وليم أستن، والمسألة مسألة طبيعة العناصر. أما طريقة (الحل بالأشعة الموجبة). فملخصها أن نأخذ أنبوبا من أنابيب كروكس ونضع فيه قدراً ضئيلاً من غازٍ معينٍ ويكون مهبط الأنبوب مثقوباً، فيتولَّد في الأنبوب، فضلاً عن أشعة المهبط التي تتولَّد عادة، مجارٍ من دقائق مكهربة كهرباء موجبة.

فأدرك طومسون أن هذه المجاري ليست سوى ذرات الغاز المكهربة بعد تجردها من إلكتروناتها أي أنها أيونات الغاز. وأدرك كذلك أن هذه الأشعة الموجبة هي وسيلة مناسبة تماماً لتمحيص رأي سُودِّي في النظائر.

وكيف ذلك؟ قال: إذا كانت هذه الدقائق منطلقة من عنصر واحد وكان لذرات هذا العنصر أوزان مختلفة، فلا يصعب ابتكار طريقة تفصل الذرات بعضها عن بعض. وهذه الطريقة هي استعمال مجال مغناطيسي كهربائي قوي فيختلف جذبه للذرات وانحرافها باختلاف أوزانها.

 

أقبل أستن على استعمال هذه الطريقة وأكبَّ عليها حتى أتقنها. فكان يأخذ تياراً من أشعة موجبة صادرة من عنصرٍ خاص ويمررها في مجال مغناطيسي قوي فتنحرف الأيونات عن مسارها المستقيم.

فإذا كانت الذرات من أوزانٍ ذرية متساوية كان الانحراف واحداً لتيار الأشعة بكامله. وإذا كان التيار مؤلَّفاً من ذراتٍ مختلفة الأوزان، انحرف بعضها أكثر من بعض بحسب كبر الوزن الذري وصغره. ثم تُصوَّر هذه الانحرافات. ومن دراسة الصور تُستخرج نسب الذرات التي من أوزانٍ واحدة بعضها إلى بعض.

بدأ أستن باختبار العناصر التي في أوزانها الذرية كسور. فعمد إلى غاز النيون، فثبت له في نوفمبر عام 1919 أن لهذا الغاز نظيرين. ووجد أن النيون مؤلَّفٌ من 90% من ذرات وزنها الذري 20 ، 10% من ذراتٍ وزنها الذري 22 . إذن فالوزن الذري لمزيج هذين النوعين من الذرات هو 20.2، وهو الوزن المسلَّم به لهذا الغاز في علم الكيمياء.

 

وما هي إلا أسابيع حتى ثبت أن لعنصر الزئبق ستة نظائر. ومن ثم أخذ العلماء في معامل البحث الكيميائي يقتفون أثر أستن وأستاذه. وقبل انقضاء سنة ظهرت نظائر الآرجون والكربتون والزينون.

وتلتها الأدلة على وجود نظائر لكل من البورون والسليكون والبروم والكبريت والفوسفور والزرنيخ والمنجنيز. ومن ثم أخذت وسائل البحث تتعدد وتتقن فثبت أن للكلور نظيرين أحدهما وزنه الذري 35 والثاني 37 ووزن مزيجهما الذري هو 53.64. كما ثبت فيما بعد أن للهيدروجين هو الآخر نظيرين هما الديتريوم والتريتيوم.

وفي عام 1922، ولما تأكد أن الأدلة كلها تشير إلى أن الأوزان الذرية يجب أن تكون أعداداً صحيحة – مُنح أستن جائزة نوبل في الكيمياء.

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]