أنواع الجسيمات

تمكن علماء الفيزياء والكيمياء أيضا من اكتشاف عدد هائل من الجسيمات، ووصلوا أيضا إلى عدة طرق لتقسيم هذه الجسيمات إلى فئات وتصنيفات متعددة وفقا لخصائصها وحجمها، وخاصة أن مصطلح الجسيمات يشير دائما إلى الأجسام الصغيرة الحجم. ومن بين أهم أنواع الجسيمات هي الجسيمات الذرية وغير الذرية، حيث يحمل كل نوع خصائص مختلفة

تركيب الذرة

تمكن عدد كبير من العلماء، بما في ذلك العالم رذرفورد، من الوصول إلى تركيب الذرة وتكوينها بدقة، وأوضحوا أيضا أن الذرة تنقسم في الأساس إلى نواة وإلكترونات تدور حولها في مدارات طاقة متعددة ومختلفة. واستنادا إلى ذلك، تمكن العلماء الآخرون أيضا من فهم تركيب نواة العنصر الذري وأن الذرة متوازنة كهربائيا بسبب تساوي الجسيمات السالبة والموجبة بها. وتحتوي نواة الذرة على جسيمات موجبة وأخرى متعادلة

جسيمات الذرة

تتكون ذرة العنصر من ثلاثة أنواع أساسية من الجسيمات الأولية وهي البروتونات والنيوترونات التي تشكل الجزء الأكبر من كتلة الذرة، بالإضافة إلى الإلكترونات ذات الكتلة المنخفضة التي تدور في سحبة إلكترونية حول الذرة، ويبلغ نصف قطر تلك السحابة أكبر حوالي 10000 مرة من النواة، وقد أشار مختبر لوس ألاموس الوطني الأمريكي إلى ذلك

ويشار أيضًا إلى أن كتلة البروتونات والنيوترونات في الذرة تقريبًا متساوية، ولكن البروتون الواحد أكبر بحوالي 1835 مرة من الإلكترون الواحد، وتحتوي الذرة في الحالة العادية على عدد من الإلكترونات يساوي عدد البروتونات .

العدد الذري

يشير العدد الذري إلى مجموع عدد الإلكترونات السالبة والبروتونات الموجبة في ذرة العنصر. على سبيل المثال، إذا كان عدد البروتونات الموجبة في ذرة الكلور 17 وعدد الإلكترونات السالبة التي تدور حول النواة 17 أيضا، وبالمثل، إذا كان عدد البروتونات الموجبة في ذرة الصوديوم 11 وعدد الإلكترونات السالبة التي تدور حول النواة 11 أيضا، فإن العدد الذري لكل منهما يكون كالتالي

• العدد الذري لذرة الكلور = 17.
• العدد الذري لذرة الصوديوم = 11.

العدد الكتلي

ومن جهة أخرى ؛ فإن علماء الفيزياء والكيمياء يعتمدون أيضًا على عدد اخر هام أيضًا وهو العدد الكتلي والذي يتم من خلاله تقدير عدد البروتونات الموجبة وكذلك عدد النيوترونات المتعادلة الموجودة داخل نواة ذرة العنصر ، ودائمًا ما يكون العدد الكتلي ثابتًا في ذرة العنصر إلّا في حالات النظائر التي يكون بها هناك زيادة مُحددى في العدد الكتلي ، وإليكم مثال على حساب العدد الكتلي :

في ذرة الكربون، إذا كان عدد البروتونات الموجبة يساوي 6 وعدد النيوترونات المتعادلة يساوي 6، فإن العدد الكتلي يساوي مجموع عدد البروتونات والنيوترونات وهو يساوي 12 .

– بالنسبة لذرة الليثيوم؛ إذا كان عدد الإلكترونات السالبة = 3 وعدد النيوترونات المتعادلة = 4، يتم حساب العدد الكتلي بجمع قيمة البروتونات التي تساوي قيمة الإلكترونات وهي 3 مع عدد النيوترونات وهو 4. وبالتالي، يكون العدد الكتلي لذرة الليثيوم تقريبا 7، على الرغم من أن بعض وسائل القياس تشير إلى أن العدد الكتلي لليثيوم = 6.9 .

الجسيمات دون الذرية

يشار إلى الجسيمات الأولية باسم `الجسيمات الدون ذرية` أو `الجسيمات الأولية` بالإنجليزية. تم استخدام هذا الاسم نظرا لأن العلماء لم يتمكنوا من رؤيتها إلا في القرن العشرين بفضل تطوير أجهزة القياس والتكبير والرؤية الحديثة .

خصائص الجسيمات الأولية

تتميز كل نوع من الجسيمات الأولية غير الذرية الأساسية، والتي تشمل الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات، بمجموعة من الخصائص الفريدة التي تختلف عن بعضها البعض

نظرًا لأن الذرة صغيرة جدًا، فإن حجم جسيماتها الأولية صغير جدًا، وتتكون معظم مساحة الذرة من فراغ يدور به الإلكترونات، وبالتالي، يتركز الجزء الرئيسي من كتلة الذرة في النواة التي تحتوي على نوعين من الجسيمات الأولية .

-يتم تقدير أحجام الذرات والأنوية والجسيمات الاولية عبر توجيه شعاع من الإلكترونات إلى الهدف المراد فدير حجمه وملاحظة البعد الذي سوف يقطعه هذا الشعاع ودرجة حدوث التشتت ، وبالتالي ؛ فإن تقدير معدل وطبيعة التشتت يُمكن من خلالها التنبؤ بشكل قريب جدًا من الصحة بحجم تلك الجسيمات .

هناك نوع آخر من الجسيمات الأولية التي تشكل ذرة العنصر وهي الكواركات التي تتكون من النيوترونات والبروتونات وهي متناهية الصغر، ولا يمكن تقدير حجمها بشكل دقيق، ولكن علماء الفيزياء يعتقدون أن حجم هذه الكواركات أصغر بكثيرمن حجم النواة، حيث يقارب 1/1000 من حجمها .

كلاً من الإلكترونات والكواركات ليس له شكل هيكلي محدد؛ لأنها تتحرك باستمرار، ولا يمكن تجزئتها إلى جسيمات أصغر. وهذا هو السبب الرئيسي في إطلاق اسم الجسيمات الأولية عليها، كما أن الجسيمات الأولية والكواركات والجسيمات الأخرى لا يمكن تجزئتها إلى أجزاء أصغر .

الكواركات تختلف عن الإلكترونات في أن الكواركات تشكل نواة ذرة العنصر، بينما تدور الإلكترونات في الحيز الخارجي للنواة. ولذلك، تم تصنيف الإلكترونات في فئة أخرى خاصة بها يُطلق عليها اسم اللبتونات .

تتميز شحنة اللبتونات بأنها سالبة، في حين يختلف شحنة الكواركات حيث يكون بعضها موجبًا والبعض الآخر متعادلًا كهربائيًا .

-تظل الإلكترونات تتحرك في مدارات الطاقة الخارجية الافتراضية حول ذرة العنصر، وعندما تتعرض لأي تفاعلات كيميائية، تتكون روابط مثل الرابطة الأيونية، على سبيل المثال. في هذه الحالة، تفقد الذرة إلكترونا واحدا أو أكثر من المدار الخارجي للطاقة، مما يزيد عدد البروتونات الموجبة عن عدد الإلكترونات السالبة، وبالتالي يتحول العنصر إلى أيون .

وفي بعض الأحيان قد تكون ذرة العنصر هي المستقبلة للإلكترون وليست المانحة له ، حيث أنها تكتسب إلكترون  أو اكثر من ذرة أخرى حتى تصل إلى مستوى الاستقرار الكيميائي ؛ وبناءًا على ذلك يُصبح عدد الإلكترونات السالبة أكبر من عدد البروتونات الموجبة ، وبالتالي تتحول ذرة العنصر إلى أيون سالب .

– هناك عدد غير محدود من الأمثلة للمركبات الكيميائية التي تتشكل نتيجة لحدوث روابط أيونية وفقدان واكتساب للإلكترونات، ومن بينها جزيء ملح الطعام (كلوريد الصوديوم)، حيث يفقد جزيء الصوديوم إلكترونا ويصبح المدار الخارجي به يحتوي على 10 إلكترونات فقط ويتحول إلى أيون موجب، بينما يكتسب جزيء الكلور الإلكترون الذي فقده الصوديوم وتصبح الذرة به 18 إلكترونا سالبة، وبناء على ذلك تتحول إلى أيون سالب .

وعلى الرغم من الاهتمام الكبير الذي قد شهدته الجسيمات الأولية من دراسة وتحليل ونظريات واراء كبار علماء الكيمياء والفيزياء على مر التاريخ ؛ إلا أن هذا الفرع من العلوم لا يزال يشهد درجة متعمقة من البحث والدراسة والاستكشاف من أجل التوصل أكثر إلى كل الحقائق عن ذرة ونواة العنصر بأعلى قدر من الدقة والصحة .