Full transcript
0:01Stated clearly تقدّم
0:05ماهي الذرّة؟ و كيف نعرف؟
0:10الذرات هي اللبنات الأساسية للكيمياء
0:14تماما كما أن المخبوزات مصنوعة من مجموعة مختلفة من المقادير،
0:19فإن المادة نفسها مصنوعة من مجموعة مختلفة من الذرات.
0:24العلماء اكتشفوا
0:26مئة و ثمانية عشرة نوعا من الذرات نسميهم عناصر. يمكنك إيجادهم على الجدول الدوري
0:33كل الأشياء، من الشاشة التي يُعرض عليها هذا الفيديو حتى عيناك اللذان تشاهد هذا الفيديو عن طريقهم، مصنوعة من الذرات.
0:40ولكن الذّرة الواحدة صغيرة جدا، من المستحيل رؤيتها عن طريق العين المجردة
0:46وهكذا! صوت عشوائي من فيديو وجدته على الإنترنت يدّعي بأن كل شئ مصنوع من ذرات خفية
0:53يمكنك الان أن تصدق أن هذا الإدعاء و تكمل يومك بسعادة أليس كذلك؟
1:00كلا!
1:01الآن أصابك الفضول بزيادة و تريد أن تعرف بنفسك بدقة لماذا يعتقد العلماء بوجود الذرات
1:09حسنا، لنكتشف لماذا، علينا أن نسافر وراء إلى زمن الإغريق القدماء. قابلوا
1:14ديموقريطوس، الرجل الذي ينسب إليه الكثير من المؤرخون أنه أول من اقترح فكرة الذرة. في
1:21أيامه، كان يعتقد البعض بأنه لو قطعت قطعة من مادة معينة ، تفاحة على سبيل المثال
1:27يمكنك أن تسمر بالقطع إلى الأبد، لا يوجد نهاية لمدى صغر القطعة
1:32لأسباب لم يتفق عليها المؤرخين كليا، هذه الفكرة لم تُعجب
1:38ديموقريطوس
1:39عوضا عن ذلك، أصر ديموقريطوس أنه عند نقطة معينة ستصل إلى جسيمات صغيرة جدا و غير قابلة للتدمير
1:45ولا يمكن تقسيمهم أبعد من هذا. أطلق ديموقريطوس على هذه الجسيمات مصطلح ذرات الذي يعني شئ لا يمكن قطعه Atomos
1:52الآن ديموقريطوس لم يكن لديه أي دليل ليدعم إدّعاءه وبسبب، هذا الكثير من الناس بوقته رفضوا الإدعاء. بالنهاية،
2:00ما يمكن تأكيده دون دليل يمكن رفضه أيضًا بدون دليل. (نصل هيتشنز )
2:06دعونا نتقدم سريعا و نقفز إلى العالم الإسلامي
2:11على الأرجح أنتم تعرفون أن الملح يمكن استخراجه من مياه البحر عن طريق ترك المياه لتتبخر أو غليان الملح حتى يجف.
2:17البشر كانوا يقومون بذلك منذ الأزل، ولكن الخيميائي
2:20جابر بن حيان و الآخرون الذين تبعوا أعماله، أخذوا علم الإستخراج إلى مستوى جديد كليا. عن طريق التجارب
2:28الدقيقة، طوروا عمليات معقدة للترشيح، تجميع البخار الماء، و التبريد،
2:35وجدوا أن مواد الخام البدائية من الممكن تقسيمها إلى عدة
2:39مواد نقية. نقية بمعنى أنها تبدو متّسقة
2:44على عكس مزيج المواد المعقد الذي يوجد في الطبيعة
2:48في القرن الثامن عشر، الزوجان الفرنسيان العلميان؛ أنطوان لافوازييه و ماري آن بولز
2:56درسا و طورا على علوم المسلمين السابقين
3:00وجدوا أن بعض المواد النقية من الممكن تقسيمها أكثر من ذلك عن طريق التفاعلات الكيميائية
3:06المياه على سبيل المثال من الممكن غليها لتصبح بخارا الذي هو أيضا ماء
3:10ولكن من الممكن فصلها إلى غازين نقيين؛ الهيدروجين و
3:15و الأكسيجين
3:16ولكن مع كل محاولاتهما لم يتسطيعا تقسيم الهيدروجين و الأكسيجين إلى غازات أبسط
3:23فاستنتجا أن الغازين هما عناصر؛
3:27بنيات أساسية للمادة لا يمكن صنعهم عن طريق خلط مواد كيميائية أخرى و لا يمكن تحطيمهم أبعد من ذلك
3:34وبأخذ هذا المفهوم بعين الإعتبار،
3:36العلماء في كل أنحاء العالم بدؤوا بالبحث و عن و تصنيف أكبر قدر من العناصر. و بالنهاية اكتشفوا
3:43مئة و ثمانية عشرة عنصرا أُدرِجَت على الجدول الدوري
3:46البعض منها كالأكسيجين و الهيدروجين تكون بحالة غازية على درجة حرارة الغرفة، وبعضها الاخر تكون باحلة صلبة مثل عنصري الكربون و الذهب
3:54وبعضها سائل على درجة حرارة الغرفة
3:57مثل الزئبق و البروم. تم اكتشاف أنه و تحت الظروف المناسبة
4:02ضغط و حرارة مناسبين، بعض العناصر تتفاعل مع بعضها الاخر عند مزجهم لتكوين مواد بخصائص جديدة
4:09هذه المواد تُدعى المركبات. عنصري الحديد و الأكسيجين يمكنهم التفاعل لإنتاج مسحوق بني يُعرف بالصدأ
4:18الأكسيجين و الزئبق يتفاعلا لإنتاج مسحوق برتقالي سامّ
4:23الأكسجين و الهيدروجين يتفاعلا لإنتاج سائل صاف منعش، على الأرجح أنك تعرفه على أنه الماء
4:30على الرغم من أن الخطوات معقدة، كل هذه التفاعلات
4:33من الممكن عكسها. العناصر يمكن أن تٌفصل من المركب و المقدار المحدد من العنصر الذي نحصل عليه بعد
4:39الفصل يكون دائما مساويا بالضبط للمقدار الذي تفاعل لإنتاج المركب في البداية
4:46رائع!
4:47العناصر حقيقية، و تبدو أنها بشكل أساسي غير قابلة للتدمير
4:51ولكن مما هي مصنوعة هذه العناصر؟ إذا قربت الصورة وكبرت على قطعة ذهب
4:56مثلا، هل يمكنك أن تكبر الصورة إلى المالانهاية، وترى فقط ذهبا نقيا؟ في
5:03بدايات القرن التاسع عشر، أُعجب مدرس مدرسة إنجليزيّ إسمه جون دالتون بعلم الكيمياء
5:10بالإضافة إلى إجراء تجارب من صنعه، قرأ دالتون عن كل التجارب
5:14بقدر ما أمكنه ذلك. وقد أخذ عيانة خاصة للكميات لكل عنصر تم استخدامه في كل تفاعل كيميائي. وفي هذه الأرقام،
5:21دهش دالتون لإيجاده نمطا معينا؛ عندما يتفاعل عنصرين لتكوين مركبات عدة
5:28دائما ما يكون العنصرين بنسبة من الأعداد الصحيحة الصغيرة. في هذا المثال
5:33يمكننا رؤية أنه ليتحول غرام واحد من الكربون إلى أحادي أكسيد الكربون النقي، نحتاج إلى إضافة
5:391.33 غراما من الأكسيجين. و لتحويل غراما واحدا من الكربون إلى ثنائي أكسيد الكربون النقي، فإننا
5:45نحتاج أن نضيف بالضبط ضعف الكمية من الأكسيجين
5:48هذا يعني 2.66 غراما من الأكسيجين
5:51هذه، والمزيد من الملاحظات المشابهة تشير بقوة إلى أن الأكسيجين و العناصر الأخرى مصنوعة من وحدات صغيرة
5:58غير قابلة للإنقسام؛
6:00ذرات.
6:02لم يعلم دالتون بالضبط مدى صغر الذرة، ولكن الرقم يشير إلى أن ذرات العنصر الواحد
6:08متطابقة لبعضها في الحجم تقريبا، ولكنها مختلفة بالحجم من الذرات الموجودة في العناصر الأخرى. في عام
6:15ألف و ثمانمائة و ثمانية، ألّف دالتون
6:17كتابا من خمسمئة وستين صفحة ذكر فيه بشكل مختصر إكتشافه،وفي الكتاب رسومات توضيحية جميلة
6:24بينما لم يكن العلماء مقتنعين بشكل كامل أن الذرات حقيقية،
6:27ولكنهم وجدوا أن مفهوم الذرات كان مفيدا جدا في مساعدتهم لوضع توقعات دقيقة و إجراء التفاعلات الكيميائية بشكل أكثر وضوحا. في عام
6:36ألف و تسعمائة و خمسة، إقترح ألبيرت أينشتاين، انتظروا لحظة، في ذلك العام كان أصغر من ذلك قليلا، ها نحن ذا!
6:43في 1905 إقترح ألبيرت أينشتاين تجربة و أنتج معادلة رياضية يمكن إستخدامها ليس فقط في إثبات وجود الذرات،
6:49بل أيضا يمكن إستخدامها لتحديد حجم الذرات. بعد عدة سنوات، الفيزيائي الفرنسي جين بيرين
6:56إستخدم مفهوم أينشتاين ليُجري التجارب فعليا و يثبت بدون أدنى شك،
7:04على الأقل للفيزيائين و علماء الرياضيات،
7:06أن الذرات موجودة بالفعل.
7:10الآن إذا كنت تحب الرياضيات، وتمتلك فهما عميقا بالفيزياء
7:14فهذا ممتاز! يمكنك إغلاق هذا الفيديو و قراءة كتابه.
7:19ولكن لبقيّتنا فإن إثباتا مرئيا لوجود الذرات سيكون مفيدا أليس كذلك؟
7:26للأسف، الذرات المنفردة أصغر من أن ترى عن طريق الضوء العادي. الطول الموجي للضوء كبير للغاية مقارنة بالذرات.
7:33هذا يعني أن المجهر الضوئي لا يمكنه رؤية الذرات
7:37في السبعينيات، مجموعة من المهندسين بقيادة جيرد بينينج و هاينريخ روهرير، بدؤوا بالعمل على ما أسموه
7:44مجهر المسح النفقي، مجهر scanning tunneling microscope (STM)
7:47تأمّلوا بأنه يمكّنهم من أخذ صور واضحة للعديد من الذرات المختلفة
7:51المجهر يستخدم عملية الأنفاق الكمية للإلكترون
7:54ليمسح و
7:56و يستشعر سطح العينة، مثل ما تتحسس أنت حولك في الظلام لأحذ صورة عن محيطك
8:02هذه مسحة حقيقية لذرات السيليكون التي تشكّل سطح بلّورة. الألوان هنا
8:09اصطناعية، ولكن هذه بيانات حقيقية تظهر نمط ذرات السيليكون مصطفة بالعينة
8:16عمل لاحق للبروفيسور ويلسون هاو حسّن التقنية ووضّح عرض البيانات
8:22بينما "استشعار الذرات" يعطينا معلومات جيدة
8:26إلّا أن الباحثين يريدون معرفة المزيد. مجموعة يقودها البروفيسور
8:29ارا أبكاريان، من مركز أبحاث مؤسسة العلوم الوطنية CasTIL 0:08:34.089,0:08:38.458 اكتشفت طريقة لإستخدام ضوء حقيقي لرؤية الذرات. في السابق، كان
8:38يُعتقد أن ذلك مستحيل
8:40لأن الطول الموجي للضوء أضخم بكثير من الذرات، ولكن عن طريق إطلاق حزام من الضوء من رأس مسبار في مجهر
8:46مسح نفقي معدّل
8:48كانوا قادرين على تصغير الطول الموجي للضوء وجعله يتشتت من العين باتجاه شاشة كاشفة
8:55و عن طريق تحريك العينة شيئا فشيئا، و ضربها بالضوء مجددا كل مرة
8:59كانوا قادرين على تركيب هذه الصورة لذرة نيتروجين منفردة، كل بيكسل
9:05يمثل بيانات نقطية من عملية المسح، إذا صقلنا الصورة
9:10وو ضّحنا الأطراف و غيرنا اللون المختار
9:14إنه من الصادم معرفة مدى تقارب رسومات جون دالتون القديمة
9:18مع الحقيقة. نوعنا البشري فعلها و أخيرا.
9:24بعد ألفي سنة من إقتراح ديمقريطوس لفكرة الذرات، حصلنا الان تأكيد مرئي مباشر
9:31الذرات
9:33موجودة بالفعل!
9:35لذا باختصار، ما هي الذرة؟
9:38الذرة هي لبنة البناء الأساسية
9:41للكيمياء. كيف نعرف أنها موجودة؟
9:43عن طريق التفاعلات الكيميائية؛ يمكننا مشاهدة تأثيرات الذرات. و عبر المعادلات الرياضية مع الملاحظات غير المباشرة،
9:50يمكننا حساب أحجامهم المختلفة
9:52وأخيرا، بمساعدة التكنولوجيا الجديدة مثل مجهر المسح النفقي، يمكن الان رؤية الذرات.
9:59بينما كلمة ذرة تعني غير قابل للإنقسام، ولكننا سنرى في الأنيميشن اللاحق أن الذرات يمكن قسمها
10:07الذرات نفسها مصنوعة من أجزاء أصغر
10:10أنا جون بيري، وهذا كيف نعرف أن الذرات موجودة، مقدّم بوضوح
10:20حسنا يا أصدقاء، هذا كان أول
10:22أنيميشن في سلسلة من أربع أجزاء حول أساسيات الكيمياء
10:27أتمنى أن هذا الفيديو نال إعجابكم
10:28إذا أعجبكم الفيديو، اشتركوا بالقناة و فعّلوا جرس التنبيه لتحرصوا على رؤية الأنيميشن
10:35القادم، هناك ثلاثة قادمون. لذا احرصوا على الإشتراك بالقناة
10:41هذا الجزء تم تمويله جزئيا عن طريق مركز أبحاث CaSTL Chemistry at the
10:48Space-Time limit هذه مجموعة بحثية في جامعة كاليفورنيا تقوم بتصوير
10:55ذرّي و مركّبي، يأخذوا صورا للذرات و المركبات
10:58عندما لا يكونون مشغولين بأخذ صور للذرات و المركبات، فإنهم يتيحون العلوم للجميع
11:02عن طريق دعم مشاريع مثل هذا الفيديو الذي شاهدتموه، وقد أطلقوا لعبة فيديو اسمها محطم الروابط Bond Breaker
11:09هذه اللعبة رائعة جدا، ستعلمك أساسيات الكيمياء و قليلا من
11:17الفيزياء النووية، إنها مجانية بالكامل للتشغيل و التحميل يمكنكم إستخدامها على هواتفكم أو
11:21حواسيبكم، أو الأجهزة اللوحية، يمكنكم تفقدها
11:27هناك رابط في صندوق الوصف
11:29هذا الأنيميشن تم تمويله جزئيا ايضا بواسطة داعمينا على patreon https://www.patreon.com/statedclearly
11:36إذا كنتم تودون الإنضمام إلى هؤلاء الأشخاص الرائعين و دعم هذه القناة
11:42سأكون ممتنا لكم، هؤلاء أشخاص رائعين. وداعا الآن.
11:48ابقوا فضوليين