ما هي مكونات الذرة؟
إن الذرة هي أصغر وحدة بنائية ضمن العنصر الكيميائي وهي التي تكسبه خصائصه التي تميزه إضافة إلى كونها أصغر جزء يمكن أن تنقسم إليه المادة بدون أن تحرر جسيمات مشحونة كهربائيًا.
يمكن القول أنها الوحدة البنائية الأساسية للمادة، ويرجع أصل كلمة الذرة باللغة الإنكليزية إلى الكلمة اللاتينية أتوموس أو atomus وهي تعني غير قابل للانقسام.
في السابق كان يعتقد أنه لا يوجد ما هو أصغر من الذرة وأنها غير قابلة للانقسام ولكن في الحقيقة تتكون الذرة من أجزاء أصغر منها.
سنتحدث في هذا المقال عن مكونات الذرة وأقسامها وخصائصها المتعددة.
أقسام ومكونات الذرة
تتكون الذرة من كل ما يلي:
- النواة: وهي القسم المركزي من الذرة الذي يشكل أغلب كتلتها، وقد تم اكتشافها من قبل العالم الفيزيائي أرنست رذرفورد حيث أثبت وجودها عام 1911.
نلاحظ تواجد البروتونات والنترونات ضمن النواة وتماسك كل مكونات الذرة مع بعضها بفضل قوى الترابط النووي.
- البروتونات: تم اكتشافها من قبل رذرفورد أيضًا، وهي عبارة عن شحنات مشحونة بشحنة موجبة تتوضع داخل النواة وتسمى باللغة الإنكليزية Protons.
تتركب البروتونات بدورها من ثلاث جسيمات أولية تسمى بالكواركات وهي تترتب على شكل اثنان في الأعلى واثنين في الأسفل ليصبح للبروتون كتلة صغيرة نوعًا ما تساوي 1.673 x10-27 كيلو غرام.
- النيوترونات: هي جسيمات متعادلة لا تحمل أي شحنة وتوجد داخل النواة أيضًا وقد اكتشف رذرفورد وجودها بشكل فعلي في عام 1920 وقد لحقه العالم تشادويك ليؤكد نتائجه في عام 1932.
إذا قمنا بالمقارنة بين النيوترونات والبروتونات نلاحظ أن كتلة الأولى تعد أكبر وتساوي x10-271.6749، ومثل البروتونات نلاحظ أنها تتألف من ثلاث كواركات ولكن تكون بترتيب مختلف واحد في الأعلى واثنين بالأسفل.
- الإلكترونات:
إن الإلكترونات تعد جسيمات مشحونة بشحنة سالبة وتكون منجذبة للبروتونات التي تحمل شحنة موجبة، وقد تم اكتشافها من قبل العالم البريطاني جوزيف جون طومسون في عام 1897.
وفقًا للنموذج الذي تم وضعه من قبل العالم إروين شرودنجر فإن الإلكترونات تدور في مدارات محددة حول النواة وتكون أصغر من البروتونات والنيوترونات.
من خلال دراسة ترتيب وحركة الإلكترونات يمكن ان نقوم بالتنبؤ ببعض الخصائص المتعلقة بالذرة الفيزيائية مثل درجة الغليان الخاصة بالمادة أو درجة الاستقرار وكذلك الموصلية.
ما هي خصائص الذرة؟
هناك بعض الخصائص التي تميز الذرة عن غيرها وهي:
- العدد الذري الخاص بالعنصر وهو نفسه عدد البروتونات ضمن نواة الذرة وعن طريقه نحدد الخصائص الكيميائية للعنصر.
- الذرة المتعادلة هي التي تتضمن عدد بروتونات مساوي تمامًا لعدد الإلكترونات التي تدور حولها.
- الكتلة الذرية الخاصة بالعنصر هي عبارة عن مجموع البروتونات والنيوترونات ضمن النواة ونقيسها بوحدة الكتلة الذرية وكل واحدة كتلة ذرية تساوي نصف كتلة ذرة الكربون.
- الكتلة الذرية تكون أقل من كتلة الذرة حيث أن كتلة الذرة تتكون من كتلة النواة بالإضافة إلى كتلة الإلكترونات وتكون قليلة نوعًا ما مقارنة بكتلة النيوترونات والبروتونات.
- يمتلك كل عنصر كيميائي العديد من النظائر التابعة له وتكون عبارة عن أشكال عديدة من العنصر الكيميائي التي تملك نفس العدد الذري أي عدد البروتونات ولكن تكون مختلفة بالكتلة الذرية بسبب اختلاف النيوترونات.
- تحافظ الإلكترونات على حركتها وفق مسار مخصص ضمن مدارات حول النواة بفض قوى التجاذب الناشئة بين البروتونات الموجبة والإلكترونات السالبة.
- يقوم الإلكترون بالدوران حول النواة وبنفس الوقت يقوم بالدوران حول نفسه وهو ما يسمى بظاهرة اللف المغزلي أو التدويم وينتج عن هذا الدوران عزم مغناطيسي يقدر بقيمة 9.28×10-24−.
- غالبًا ما تتواجد الإلكترونات في مستويات متتالية تدعى مستويات الطاقة ويكون كل منها متسع لعدد محدد من الإلكترونات فعلى سبيل المثال يتسع المستوى الأول لإلكترونين بينما الثاني يتسع لثمانية إلكترونات.
- يمكن للذرات الوصول لوضع الاستقرار إما عن طريق فقد الإلكترونات أو اكتسابها أو مشاركتها.
- بالنسبة للذرات التي تحتوي ضمن مدارها الأخير على إلكترون واحد أو اثنين أو حتى ثلاث لفقدها أثناء تفاعلها مع ذرات أخرى تحوي على عدد أكبر من الذرات ضمن المدار الأخير.
- بالنسبة للذرات التي تحتوي على خمس أو ست أو سبع إلكترونات ضمن المدار الأخير إلى اكتساب الإلكترونات عند تفاعلها مع ذرات تحتوي ضمن المدار الأخير على عدد أقل.
اقرأ أيضًا: الجدول الدوري للعناصر
تاريخ الذرة وعلماؤها
سنقدم فيما يلي التطور التاريخي لاكتشاف مكونات الذرة:
- الفيلسوف ديموقريطوس:
في عام 440 قبل الميلاد افترض الفيلسوف ديموقريطوس أن كل المواد تتكون من أجزاء صغيرة متناهية في الصغر لا يمكن أن نقوم بتجزئتها أبدًا تسمى بالذرات.
يحتوي الكون على عدد لا نهائي من الذرات المتحركة باستمرار وهي تتحد لتكون المادة ولكن لا تندمج بهدف تكوين ذرات جديدة.
بعد أن قام الفيلسوف بتقديم نظريته في ذلك الوقت تم رفضها من قبل الفلاسفة الآخرين وعلى رأسهم أرسطو الذي كان بنظره أن كل شيء في الكون تم صنعه من الأرض والنار والهواء.
فيما بعد وتحديدًا في عام 1803 قدم البريطاني جون دالتون نظرية الذرة الجديدة التي قام بصياغتها بعد دراسة كل أفكار ديموقريطوس، وكانت نظريته تنص على أن كل ذرات العنصر الواحد متشابهة.
بالنسبة لذرات العناصر المختلفة فهي تكون مختلفة عن بعضها بالوزن والخصائص ولكن لا يتم استحداث أو تدمير ذرات جديدة أبدًا.
- العالم طومسون:
قام العالم طومسون في عام 1897 بإثبات أن الذرة من الممكن تقسيمها وبنفس العام قدم نموذج فطيرة الزبيب التي مثلت الذرة على أنها كرة موجبة الشحنة تنتشر ضمنها دقائق سالبة وهي الإلكترونات.
حبات الزبيب ضمن الفطيرة توزعت لتعطيها تعادل في الشحنة.
- العالم رذرفورد:
أخيرًا في عام 1911 نشر العالم رذرفورد نظرية ذرية جديدة نصت على أن الذرة مكونة من نواة صغيرة في الحجم وموجبة الشحنة وتدور حولها الإلكترونات السالبة شارحًا مكونات الذرة.
كما أكد أن معظم مساحة الذرة فارغة.
فيما بعد قام العالم الشهير نيلز بور بتوضيح كل خصائص الإلكترونات والآلية التي تدور فيها حول النواة ضمن مسارات خاصة.
