البحث في بنية الذرة وموقع كل جسيم فيها تعتبر الذرة وهيكلها من الأشياء التي جذبت اهتمامًا وبحثًا كبيرًا من قبل عدد كبير من العلماء والباحثين، مما دفعهم إلى اكتشاف المزيد من المعلومات حول الذرة وبنيتها، العديد من فروع العلم الجديد تحمل نظرياتها الخاصة.
جدول المحتويات
مقدمة في بنية الذرة وموقع كل جسم فيها
الذرة هي أصغر مكون في تكوين الأجسام. تمثل الذرات المكون الرئيسي لجميع المواد في الكون، ولكل عنصر في الجدول الدوري هيكل ذري فريد خاص به يختلف عن العناصر الأخرى.
أنظر أيضا: موضوع عن العنصر الأول في الجدول الدوري للكيمياء
ما هي الذرة؟
- تُعرَّف الذرة على أنها شيء صغير بلا حدود وتعتبر أصغر شيء يمكن الوصول إليه في مادة ما عند تكسيرها، والذرة ليست موجبة ولا سالبة الشحنة ولكنها تحمل شحنة متعادلة.
- في حالة الانشطار الذري، كل جزء من الذرة له شحنة كهربائية مختلفة، والذرة هي أيضًا حجر الزاوية في الكيمياء، وتمثل أصغر جزء من المادة يمكن من خلاله تحديد الخصائص الكيميائية.
- لكل عنصر مجموعة من الخصائص الفيزيائية التي تميزه عن العناصر الأخرى، حيث يتميز كل عنصر بكتلته الذرية.
مكونات الذرة
- إذا فحصنا الذرة نفسها عن كثب، فسنكون قادرين على تحديد الأجزاء المكونة للذرة، أي مجموعة من البروتونات موجبة الشحنة، وعدد من النيوترونات بشحنة متعادلة، بالإضافة إلى عدد من الإلكترونات سالبة الشحنة، وتحديد طبيعة العنصر عدد كل منهم.
- بشكل عام، معظم ما يوجد في جسم الذرة عبارة عن فراغ يحتوي على سحب من الإلكترونات تدور حول مساحة صغيرة جدًا مقارنة بالحجم الكلي للذرة.
- يُعرف هذا الفضاء بالنواة، والتي بدورها تحتوي على كل من البروتونات والنيوترونات، وبالتالي فإن النواة داخل الذرة لها شحنة موجبة.
- وتجدر الإشارة إلى أن كتلة الإلكترون أقل من كتلة النواة لأن الإلكترون هو أخف جسيم موجود في الطبيعة ولأن النواة لها شحنة موجبة والإلكترونات التي تدور حولها لها شحنة سالبة.
- يشير هذا إلى وجود قوة كهربائية متبادلة بين النواة والإلكترونات، حيث أن هذه القوة تجذب الإلكترونات نحو النواة والمكونات التي تتكون منها الذرة هي كالتالي:
البروتون
- البروتون هو أحد الجسيمات دون الذرية التي لها شحنة موجبة تساوي الشحنة السالبة للإلكترون، وتبلغ كتلة البروتون حوالي 1.67262 × 10-27 كجم، أي حوالي 1836 ضعف كتلة البروتون إلكترون.
- عدد البروتونات هو أيضًا الرقم الذي يمكن من خلاله معرفة العدد الذري لكل عنصر، حيث أن العدد الذري يساوي عدد البروتونات في نواة كل عنصر.
- يحدد عدد البروتونات، أو العدد الذري، ترتيب كل عنصر في الجدول الدوري، ونشأ اعتقاد واستمر في القرن العشرين وخارجه.
- كان هذا الاعتقاد يقول إن البروتون هو جسيم أولي، مما يعني أنه جسيم فارغ من الداخل، لا يحتوي على أي شيء، ولأنه لا يمكن تقسيمه وتقسيمه.
- سعى العلماء المتخصصون في فيزياء الجسيمات الأولية إلى الكشف عن هوية وتكوين البروتون، وتم تصنيف البروتونات وتخصيصها للباريونات.
- من المعروف أن الباريونات هي جسيمات تتكون أساسًا من ثلاثة جسيمات أولية، والتي كانت معروفة وتسمى الكواركات.
النيوترونات
- النيوترون هو أيضًا أحد الجسيمات دون الذرية الموجودة في نواة كل عنصر في الجدول الدوري، باستثناء عنصر واحد لا تحتوي نواته على نيوترونات، وهو عنصر الهيدروجين العادي، حيث تحتوي نواة عنصر الهيدروجين العادي على بروتون واحد فقط.
- النيوترون هو المكون الموجود في نواة الذرة وليس له شحنة كهربائية. تبلغ كتلة النيوترون حوالي 1.67493 × 10-27 كيلوجرامًا، مما يشير إلى أن النيوترون أثقل من البروتون بنسبة صغيرة، والكتلة. من النيوترون حوالي 1839 ضعف كتلة الإلكترون.
- تم تعريف كل من البروتونات والنيوترونات على أنها نيوكليونات نظرًا لوجودها وبقائها في الفضاء الضيق والكثيف الذي يشكل حوالي 99.9٪ من الكتلة الكلية للذرة المعروفة باسم النواة.
- كما هو الحال مع البروتون، كان يعتقد أن النيوترون هو نفسه البروتون، وهذا الاعتقاد يشير إلى أن النيوترون كان أحد الجسيمات الأولية.
- استمر هذا الاعتقاد حتى تم التخلي عنه من قبل العلماء المتخصصين في فيزياء الجسيمات في نهاية القرن الماضي: مثل البروتونات، تنتمي النيوترونات إلى مجموعة الباريونات التي تضم ثلاثة كواركات.
- من الجدير بالذكر أيضًا أن هذا الشيء يعمل على تثبيت اللب معًا على الرغم من عدم وجود أي جسيمات سالبة الشحنة بالداخل.
- بدلا من ذلك، لا يوجد فيه سوى جسيمات تحمل شحنة موجبة وشحنة متعادلة، وهذه هي القوى النووية، وهي قوية للغاية لأنها تتجاوز وتتجاوز القوة الناتجة عن تنافر البروتونات الموجبة، وتشحن بعضها البعض وتعمل للحفاظ على التماسك الأساسي والقوة.
انظر أيضًا: استكشاف المادة وخصائصها
إلكترونيات
- الإلكترونات هي إحدى الجسيمات دون الذرية والإلكترونات هي الشحنة السالبة الرئيسية في الذرة وتعتبر أيضًا أحد الجسيمات الأولية.
- لا توجد مكونات داخل الإلكترونات، وبالتالي لا يمكن تقسيم الإلكترونات وتقسيمها، ومن المعروف أن الإلكترونات هي المكونات الأخف وزناً الموجودة داخل الذرة.
- تبلغ كتلة الإلكترون حوالي 9.10938356 × 10-31 كجم ولا تؤخذ هذه الكتلة في الاعتبار عند حساب الكتلة الكلية للذرة نظرًا لصغر حجمها.
- تم اكتشاف الإلكترونات عن طريق الخطأ من قبل العالم طومسون عندما كان يكتشف ويتحقق من أشعة الكاثود، لكن هذا الاكتشاف الرائع كان مفيدًا جدًا ومساهمًا في التركيب الذري المعروف والمفهوم.
- وموضع الإلكترونات حول النواة، وتصنف الإلكترونات إلى مجموعة من مستويات الطاقة المختلفة.
- في حالة وجود مادة تعرف بالبلازما، يمكن أن توجد الإلكترونات بحرية مع الأيونات.
- في التقسيم، أدرج العلماء المتخصصون في مجال فيزياء الجسيمات الأولية الإلكترونات في قائمة الفرميونات، وقد تم وصف سلوكهم من خلال إحصائيات فيرمي ديراك.
النموذج الذري
- تتكون معظم المواد من جزيئات، والطريقة التي تفصل بها هذه الجزيئات عن بعضها بسيطة للغاية، وتتكون الجزيئات أيضًا من مجموعة من الذرات المتصلة بسلسلة من الروابط الكيميائية، وطريقة فصل الذرات عن بعضها البعض هي: من الصعب بعض الشيء.
- تتكون كل ذرة من مجموعة من الإلكترونات ونواة متصلة ببعضها البعض بواسطة قوة كهربائية. من أجل فصل القوة الكهربائية بين الإلكترونات والنواة، يجب أن تكتسب الإلكترونات كمية كبيرة من الطاقة حتى تتمكن من الهروب والخروج من مساراتهم.
- كل من الإلكترونات والنيوكليونات، تسمى البروتونات والنيوترونات، صغيرة جدًا جدًا ولكنها طويلة العمر.
- وهذا يعني أن تحللها يستغرق وقتًا طويلاً نسبيًا، على عكس الجسيمات دون الذرية الأخرى، حيث يتطلب الأمر قدرًا كبيرًا من الطاقة للحفاظ عليها، ولا يستغرق الأمر سوى وقت قصير لتتحلل إلى جسيمات أخرى أكثر استقرارًا.
الخصائص الرئيسية للذرة
هناك العديد من الخصائص والعوامل المهمة والضرورية لكل ذرة، وهي بدورها هي التي تحدد سلوك وخصائص وطريقة تفاعل كل ذرة، ومن أهم هذه العوامل والخصائص ما يلي:
العدد الذري
- يعتبر العدد الذري من أهم خصائص الذرة، والعدد الذري للذرة هو الذي يحمل عدد الشحنات الموجبة الموجودة في النواة، أي أن العدد الذري يمثل عدد البروتونات.
- كما أنه يمثل عدد الإلكترونات في الذرة في الحالة المحايدة، ومثال على ذلك هو العدد الذري لذرة البوتاسيوم وهو 19.
- في حين أن العدد الذري للحديد هو 26 وبما أن عدد الإلكترونات له تأثير على كيفية سير التفاعلات الكيميائية، فإن العدد الذري ضروري ومهم للغاية عندما يتعلق الأمر بالتفاعلات الكيميائية.
الكتلة الذرية
- يؤثر عدد النيوترونات في النواة على كتلة الذرة ولكن ليس على خصائصها الكيميائية، على سبيل المثال ذرة الكربون التي تحتوي على 6 بروتونات وأيضًا 6 نيوترونات.
- له نفس الخصائص الكيميائية مثل الكربون النظير مع 6 بروتونات و 8 نيوترونات.
- لكن الاختلاف بينهما يظهر في عدد الكتل الذرية لكل منهما، بينما العدد الكتلي لكل ذرة هو مجموع مجموع أعداد كل من البروتونات والنيوترونات.
راجع أيضًا: البحث عن مصادر الطاقة
استنتاج حول بنية الذرة وموقع كل جسيم فيها
تعتبر الذرة ومكوناتها من أهم الاكتشافات التي تمت في العلم، والتي من خلالها تمكن العلماء والباحثون من حل العديد من الأسئلة التي طرأت على أذهانهم، ولا يزال العلماء يبحثون عن نواة الذرة، وما زال العلماء يبحثون عن نواة الذرة. تستخدم الذرة وأجزائها في عمل أشياء كثيرة وأغراض علمية.