تعريف الذرة ومكوناتها

تعريف الذرّة

تعرف الذرة بأنها أصغر شيء يمكن الحصول عليه في المادة عند تجزيئها، وهي متعادلة الشحنة؛ وإذا تمّت تجزئة الذرة فإن أجزاءها ستمتلك شحنة كهربائية، والذرة أيضاً هي حجر الأساس في الكيمياء، وهي أصغر مكوّنٍ في المادة يمكن أن يُظهِر خصائص كيميائيّة.^[١] تُعدّ الذرات هي المكون الأساسي لجميع المواد الموجودة في الكون، فكلّ عنصر موجود في الجدول الدوري يمتلك تركبيه الذري الفريد والمختلف عن باقي العناصر، فلكل عنصر خصائصه الفيزيائية المميّزة له اعتماداً على كتلته الذريّة.^[٢]

مكونات الذرّة

عند النظر بشكل أدقّ إلى الذرة نفسها، فإنه بالإمكان التعرف على مكوناتها؛ فهي تتكون من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة الشحنة، وإلكترونات سالبة الشحنة، وما يحدد عدد كلٍّ منها هو نوع العنصر.^[٢] وبشكلٍ عام، فإن معظم جسم الذرة عبارة عن فراغ توجد فيه سُحب من الإلكترونات، تدور حول حيز صغير جداً مقارنة بحجم الذرة كاملة، وهذا الحيز يُعرَف بالنواة، وهي تحتوي على البروتونات والنيوترونات، لهذا فهي موجبة الشحنة، وتجدر الإشارة أيضاً إلى أنّ كتلة الإلكترون أقل من كتلة النواة؛ حيث يُعدّ أخفّ جُسيم موجود في الطبيعة، وبما أن النواة موجبة الشحنة الكهربائية، والإلكترونات التي تدور حولها سالبة الشحنة فهذا يعني وجود قوة كهرباية متبادلة بين النواة والإلكترونات تجذب الإلكترونات نحو النواة،^[١] وفيما يأتي بيان لكلّ مكوّن من مكوّنات الذرة:

البروتون

البروتون هو جسيم دون ذريٍّ يمتلك شحنة موجبة مساوية لمقدار شحنة الإلكترون، وتبلغ كتلته 1.67262×10^-27كغ، وهي تساوي 1836 ضعف كتلة الإلكترون. عدد البروتونات هو العدد الذي يمثل العدد الذري للعنصر، وهو أيضاً ما يحدد ترتيب العناصر في الجدول الدوري، وقد ساد اعتقاد حتى وقتٍ متأخر من القرن العشرين حول أنّ البروتون جسيم أوّلي؛ أي لا يوجد شيء داخله ولا يمكن تقسيمه، حيث قام علماء فيزياء الجسيمات الأولية بالكشف عن تركيب البروتونات، وتم تصنيفها ضمن الباريونات (بالإنجليزية: Baryons)، والباريونات عبارة عن جسيمات تتكون بشكلٍ أساسي من ثلاث جسيمات أولية تُعرَف بالكواركات (بالإنجليزية: Quarks).^[٣]

النيوترونات

النيوترون هو جسيم دون ذري موجود في أنوية جميع العناصر ما عدا الهيدروجين العادي؛ إذ إنّ نواته تحوي على بروتون واحد فقط، والنيوترونات لا تمتلك شحنة كهربائية، وكتلتها تبلغ 1.67493×10^-27كغ؛ أي أنّه أثقل من البروتون بقليل، وهو ما يعادل ضعف كتلة الإلكترون بـ 1839 مرّةً. تُعرَف البروتونات والنيوترونات بالنيوكليونات (بالإنجليزية: Nucleons)؛ لأنهما محصوران في الحيز الضيق والكثيف الذي يمثل 99.9% من كتلة الذرة والمعروف بالنواة. كما هو الحال بالنسبة للبروتون، فإن النيوترون ظل يُعدّ جسيماً أولياً حتى أنهى هذا الاعتقاد علماء فيزياء الجسيمات في نهاية القرن الماضي، ومثل البرتونات فإن النيترونات تعدّ من مجموعة الباريونات التي تحتوي على ثلاثة كواركات، ومن الجدير بالذكر أيضاً أن ما يحفظ على تماسك النواة على الرغم من عدم وجود جسيمات سالبة داخلها، بل فقط جسيمات متعادلة وموجبة هو ما يُعرَف بالقوى النووية القوية التي تفوق قوة تنافر البروتونات الموجبة مع بعضها البعض، وتحافظ على تماسك النواة.^[٤]

الإلكترونات

الإلكترونات هي جسيمات دون ذرية تحمل شحنة سالبة أساسية، وتُعدّ من الجسيمات الأولية؛ إذ إنها لا تحتوي على مكونات داخلها، ولا يمكن تجزيئها، ولا يوجد ما هو أخفّ منها في الذرة، وتبلغ كتلة الإلكترون 9.10938356×10^-31 كغ، وهذه الكتلة لا يتم احتسابها عند حساب كتلة الذرة لصغرها الشديد. تمّ اكتشاف الإلكترون بواسطة العالم طومسون الابن (بالإنجليزية: J.J. Thomson) أثناء دراسته لأشعة المهبط، وقد ساهم هذا الاكتشاف كثيراً في فهم التركيب الذري. توجد الإكترونات حول الأنوية، وتكون موزَّعة في مستويات الطاقة المختلفة، وعند نزع إلكترون من مداره حول نواة فإن الذرة تصبح مُتأيِّنةً، وتُسمّى أيوناً. يمكن للإكترونات أن توجد بشكلٍ حر جنباً إلى جنب مع الأيونات في حالة المادة المعروفة بالبلازما، وفي تصنيف علماء الجسيمات الأولية، فإن الإلكتونات تقع ضمن مجموعة الفيرميونات (بالإنجليزي: Fermions)، ويتم وصف سلوكها عن طريق إحصاء فيرمي ديراك.^[٥]

النموذج الذري

معظم المواد تتشكل من جزيئات، وهذه الجزيئات فصلها عن بعضها البعض سهل نوعاً ما، والجزيئات تتكون من ذرات ترتبط ببعضها بروابط كيميائية، وفصلها أصعب، وكل ذرة تتكوّن من إلكترونات ونواة يرتبطان ببعضهما البعض بقوة كهربائية، ولفصلهما عن بعضهما البعض فإن هذا يتطلب إكساب الإلكترونات طاقة كبيرة حتى تتمكّن من الإفلات والخروج من مداراتها، وتُعدّ الإلكترونات والنيوكليونات (البرتونات والنيترونات) جسيمات دون ذرية طويلة العمر نسبياً؛ أي أنّ اضمحلالها يستغرق وقتاً طويلاً نسبياً على عكس الجسيمات دون الذرية الأخرى، إذ يتطلب الحصول عليها طاقة عالية جداً وما تلبث إلا فترةً قصيرةً حتى تضمحلّ إلى جسيمات أخرى أكثر استقراراً.^[١]

الخصائص الرئيسية للذرات

توجد العديد من الخصائص المهمّة للذرات، وهي التي تحدد صفاتها وسلوكها، ومن هذه الخصائص:^[١][٦]

• العدد الذري (بالإنجليزية: Atomic Number): يُعدّ العدد الذري من أهمّ خصائص الذرات؛ إذ يمثّل عدد الشحنات الموجبة الموجودة في النواة؛ أي البروتونات، وهو أيضاً عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة، وكمثال على ذلك: العدد الذري لعنصر الكربون هو 6، بينما العدد الذريّ لعنصر اليورانيوم هو 92، وبما أن عدد الإلكترونات يرتبط بالتفاعلات الكيميائية، فإنّ العدد الذري مهم جداً عند الحديث عن التفاعلات الكيميائية.
• الكتلة الذرية (بالإنجليزية: Atomic Mass): يُؤثّر عدد النيوترونات في النواة على كتلة الذرة، لكنّه لا يؤثر على خصائصها الكيميائية، فعلى سبيل المثال ذرة الكربون التي تحتوي على 6 بروتونات و6 نيوترونات سوف تمتلك الخصائص الكيميائية ذاتها لنظير الكربون الذي يمتلك 6 بروتونات و8 نيوترونات، والفرق سيكون فقط في كتلة كلٍّ من النظيرين، بينما يُمثّل العدد الكتلي لأي ذرّةٍ حاصل مجموع عدد كلٍّ من البروتونات والنيوترونات

المراجع

1. ^ ^{أ ب ت ث} Sharon Bertsch McGrayne George F. Bertsch James Trefil, "Atom"، www.britannica.com, Retrieved 7-9-2018. Edited.
2. ^ ^{أ ب} Bill Reynolds (13-3-2018), "What Are the Components of the Atomic Structure?"، sciencing.com, Retrieved 7-9-2018. Edited.
3. ↑ "Proton", www.britannica.com, Retrieved 7-9-2018. Edited.
4. ↑ "Neutron", www.britannica.com, Retrieved 7-9-2018. Edited.
5. ↑ "Electron", www.britannica.com,13-7-2018، Retrieved 7-9-2018. Edited.
6. ↑ "Atomic number, atomic mass, and isotopes", www.khanacademy.org, Retrieved 13-9-2018. Edited.