تركيب الذرة تاريخها ونشأتها

بنية الذرة وتاريخها وأصلها الذرة هي الوحدة الأساسية في الكيمياء وهي أصغر لبنة تدخل في تكوين المادة.

مفهوم الذرة

• تعتبر الذرة من أصغر الأشياء التي يمكن الحصول عليها من المادة، خاصة عندما تتكسر حيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة.
• إنها محايدة كهربائيًا، ولكن عند تقسيمها، تكتسب جزيئاتها شحنة كهربائية، سواء كانت سالبة أو موجبة.
• الذرة هي أساس علم الكيمياء وهي أصغر جزء من مكونات المادة، وتتميز بخصائصها الكيميائية المتغيرة.
• يتم تضمين الذرات في تكوين جميع المواد الموجودة على سطح الكون، حيث يتميز كل عنصر في الجدول الدوري الكيميائي بتركيبته الذرية، والتي تختلف عن باقي العناصر.
• بالإضافة إلى الخصائص الكيميائية الفيزيائية التي تميزه عن العناصر الأخرى، تعتمد هذه الخصائص إلى حد كبير على الكتلة الذرية للعنصر.
• يعود أصل كلمة atom إلى الكلمة اللاتينية atomos، والتي تعني غير قابل للتجزئة، لأن العلماء في ذلك الوقت اعتقدوا أنه لا يوجد شيء أصغر من المادة في هذا الكون، لذلك كانت غير قابلة للتجزئة.
• معظم الجسم الذري عبارة عن فراغ، مع وجود العديد من السحب الصغيرة من الإلكترونات التي تدور حول النواة في مساحة صغيرة جدًا مقارنة بالحجم الكامل للذرة.

مكونات مادية

على عكس الافتراضات السابقة، تتكون المادة من عدة أجزاء صغيرة لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، وأهم مكونات المادة هي:

1- البروتونات

• إنها مجموعة من الأجسام الصغيرة ذات شحنة كهربائية موجبة، وهي نفس الشحنة الكهربية للإلكترون الذري.
• بينما تبلغ كتلة البروتونات حوالي 1.673 × 10-27 كيلوجرامًا، أي ضعف كتلة الإلكترون الذري، فإن عدد البروتونات يمثل بالإضافة إلى ذلك العدد الذري لكل عنصر من عناصر الجدول الدوري.
• تحدد البروتونات ترتيب العناصر وموضعها في الجدول الدوري في نهاية القرن العشرين، بدأ العلماء في الاعتقاد بأن البروتونات هي جسيمات أولية لا تحتوي على شيء داخلها وغير قابلة للتجزئة.
• دفع هذا بعض الفيزيائيين إلى الوصول إلى قاع بنية البروتونات، لأنهم خصصوا البروتونات للباريونات، وهي جسيمات صغيرة جدًا تتكون من ثلاث جسيمات أساسية، تسمى الكواركات.
• حيث تشكل هذه الكواركات بروتونات اثنين فوق وواحد أدناه، وقد اكتشف الفيزيائي رذرفورد البروتونات.

2- النيوترونات

• إنها أجسام صغيرة دون ذرية توجد في جميع نوى العناصر الفيزيائية باستثناء عنصر الهيدروجين الشائع، الذي يحتوي على بروتين واحد فقط في نواته.
• تعتبر النيوترونات خالية من الشحنات الكهربائية وتبلغ كتلتها حوالي 1.67493 × 10-27 كجم، لذا فهي أكبر قليلاً من كتلة البروتونات، أي حوالي 1839 ضعف الكتلة الذرية للإلكترون.
• يُطلق على كل من النيوترونات والبروتونات اسم نيوكليونات لأنها توجد في مساحة صغيرة جدًا تُعرف بالنواة، ويحتل هذا الفضاء حوالي 99.9٪ من كتلة الذرة.
• استمر الاعتقاد بأن النيوترونات كائنات أولية حتى بدد الفيزيائيون هذا المفهوم الخاطئ في نهاية القرن الماضي.
• تقع النيوترونات في مجموعة الباريون، التي تتكون من ثلاثة كواركات مرتبة بشكل مختلف عن البروتونات، اثنان في الأسفل وواحد في الأعلى.

3- الإلكترونات

• وهي تمثل جسيمات سالبة الشحنة كهربائيًا، وتعتبر الإلكترونات جسيمات أولية وأساسية لأنها، بالإضافة إلى عدم قابليتها للتجزئة، خالية من أي مكونات.
• اكتشف الفيزيائي طومسون الإلكترونات من خلال دراسته لأشعة الكاثود، وساعد اكتشاف الإلكترونات في معرفة التركيب الذري للنواة.
• تدور الإلكترونات حول النوى في مدارات مختلفة تسمى مستويات الطاقة، وتعتبر الإلكترونات من أخف الجسيمات في الذرة.
• في هذه الحالة، عندما يُزال الإلكترون من مداره حول النواة، تتباطأ الذرة وتسمى أيونًا.
• أيضًا، في حالة المادة المعروفة بالبلازما، توجد الإلكترونات بحرية مع الأيونات دون أن ترتبط بمستويات الطاقة بمدارها.
• تُصنف الإلكترونات وفقًا لمجموعة الفرميونات التي تم وصف سلوكها بواسطة إحصائيات فيرمي ديراك.

4- النموذج الذري

• تتكون معظم المواد من جزيئات يسهل فصلها عن بعضها البعض، وتتكون هذه الجزيئات من مجموعة من الذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية يصعب فصلها عن بعضها البعض.
• بينما تتكون كل ذرة من مجموعة من الإلكترونات والنواة، كل منها مرتبطة ببعضها بقوة كهربائية كبيرة، ولكي يتم فصلها عن بعضها البعض، يجب أن تكتسب الإلكترونات طاقة كهربائية كبيرة حتى تتمكن من ذلك. الانتقال إلى مستويات الطاقة من مدارهم يخرج.

تاريخ أصل الذرة

• توفي الفيلسوف ديموقريطس عام 440 قبل الميلاد. يعتقد أن كل مادة في الكون تتكون من مجموعة من الجسيمات الصغيرة غير المرئية بالعين المجردة، ولا يمكن تقسيم هذه الجسيمات.
• أطلق ديموقريطوس على هذه الجسيمات اسم الذرة، بالإضافة إلى حقيقة أن الكون بأكمله يحتوي على عدد كبير من الذرات في حالة دائمة الحركة.
• جميع الذرات مرتبطة ببعضها البعض لتشكل مادة، لكنها لا تندمج معًا.
• في ذلك الوقت قدم العالم ديموقريطوس نظريته إلى العالم، لكن تم رفضها، ولا سيما من قبل الفيلسوف أرسطو، الذي كان يعتقد أن كل شيء في هذا الكون مصنوع من الماء والهواء والنار.
• في عام 1803 قدم الكيميائي البريطاني جون دالتون نظريته الذرية التي درسها وصاغ فرضياتها بعد دراسة أفكار ديموقريطس.
• تنص نظرية دالتون الفيزيائية على أن جميع ذرات عنصر واحد متساوية، بينما تختلف العناصر الفيزيائية في الوزن والخصائص الفيزيائية، والمادة هي اتحاد مجموعة من الذرات مع بعضها البعض.
• في عام 1897، أثبت الفيزيائي طومسون، الذي اكتشف الإلكترون، أن الذرة قابلة للقسمة وقدم مثال كعكة الزبيب في نفس العام.
• في هذه الحالة، يمثل هذا النموذج أن الذرة عبارة عن كرة موجبة الشحنة، حيث توجد بعض الجسيمات سالبة الشحنة، مثل الزبيب، منتشرة على سطح العجينة، وبالتالي تصبح الذرة متعادلة.
• في عام 1911، طور رذرفورد المشهور عالميًا ونشر نظريته الذرية، والتي تنص على أن الذرة تتكون من نواة موجبة الشحنة وصغيرة للغاية تدور حولها الإلكترونات السالبة في مساحة صغيرة جدًا، بينما يصبح فضاء الذرة فارغًا تمامًا.
• ثم اكتشف الفيزيائي نيلز بور خصائص الإلكترونات، ثم طور الجنرال شرودنغر النموذج الكمي للذرة.
• بينما أوضح العالم فيرنر أنه لا يمكن تحديد سرعة وموقع الإلكترون في نفس الوقت.

حجم الذرة

• يعد تحديد حجم ثابت للذرة من الأشياء الصعبة لأن مدارات الإلكترون متحركة وليست ثابتة، ولكنها تختلف في عدد الإلكترونات المختلفة التي تحيط بها.
• بالإضافة إلى ذلك، تم تحويل عدد كبير من الذرات فائقة الصغر إلى بلورات صلبة صغيرة بواسطة بعض الوسائل التقنية المعقدة بهدف تقريب نواتين من بعضهما البعض.
• يختلف حجم الذرة اعتمادًا على العناصر المختلفة الموجودة في الجدول الدوري لأن هذا يرجع إلى القوة الجاذبة للشحنات الموجبة الموجودة داخل الإلكترونات.

الخصائص الرئيسية للذرة

هناك العديد من الخصائص الرئيسية للذرة، ومن خلال هذه الخصائص يمكن تحديد خصائص وسلوك الذرة، ومنها:

1 عدد ذري

• العدد الذري هو أحد أهم خصائص الذرة وهذا الرقم هو عدد الشحنات الكهربائية الموجبة الموجودة في النواة أي عدد البروتونات.
• بالإضافة إلى ذلك، يمثل العدد الذري عدد الإلكترونات في الذرة ذات الشحنة الكهربائية المتعادلة، فمثلاً العدد الذري للكربون هو 6 بينما لليورانيوم رقم ذري 92.
• يرتبط عدد الإلكترونات ارتباطًا وثيقًا بالتفاعلات الكيميائية، لذا فإن العدد الذري للعناصر مهم جدًا في هذه التفاعلات الكيميائية.

2- الكتلة الذرية

• إنه مقدار عدد الشحنات الموجبة للبروتونات وعدد النيوترونات الموجودة في النواة، مقاسة بوحدات الكتلة الذرية، وهي نصف كتلة ذرة الكربون.
• كتلة الذرة أكبر من الكتلة الذرية لأن كتلة الذرة تتكون من كتلة النواة وكتلة الإلكترونات، وهي صغيرة مقارنة بكتلة النيوترونات والبروتونات.

أهم خواص الذرة

• من أهم خصائص الذرة أنها تصل إلى حالة مستقرة عندما تفقد أو تكتسب إلكترونات وتتشارك في تلك الإلكترونات.
• لا تفقد الذرات أو تكتسب إلكترونات أثناء عملية التفاعل، خاصة إذا كان لديها أربعة إلكترونات في مدارها النهائي.
• عندما تتفاعل الذرات التي يحتوي مدارها الأخير على إلكترون واحد أو اثنين أو ثلاثة مع ذرات تحتوي على خمسة إلى سبعة إلكترونات في مدارها الأخير، ستفقد تلك الذرة تلك الإلكترونات لإكمال عملية التفاعل.
• تكتسب الذرات التي تحتوي على خمسة إلى سبعة إلكترونات في مدارها النهائي إلكترونات عندما تتفاعل مع ذرات أخرى يحتوي مدارها على إلكترون واحد أو اثنين أو ثلاثة إلكترونات.

في نهاية المقال حول بنية الذرة وتاريخها وأصلها، قدمنا ​​كل شيء عن الذرة وتكوينها وتاريخ تكوينها والخصائص الرئيسية التي تميزها.