تعريف الذرة
يُطلق على أصغر جسيم في عنصر ما والذي قد يكون أو لا يكون له وجود مستقل ولكنه يحدث دائمًا في تفاعل كيميائي الذرة، وتعرف الذرة بأنها أصغر وحدة تحتفظ بخصائص العنصر، وتتكون الذرة من ذرات ولا يمكن صنعها أو تدميرها، وجميع ذرات نفس العنصر متطابقة والعناصر المختلفة لها أنواع مختلفة من الذرات، تحدث التفاعلات الكيميائية عند إعادة ترتيب الذرات.
تتألف الذرات من ثلاثة أنواع أساسية من الجسيمات وهي البروتونات والإلكترونات والنيوترونات، وتتمتع النيوترونات والبروتونات بكتلة تقريبًا متساوية، في حين أن كتلة الإلكترون ليست مذكورة.
يحمل البروتون شحنة موجبة، والنيوترون لا يحمل أي شحنة، والإلكترون يحمل شحنة سالبة، وعدد البروتونات والإلكترونات في الذرة متساو، مما يؤدي إلى عدم وجود شحنة صافية في الذرة. ويتكون نواة الذرة من البروتونات والنيوترونات فقط، وبالتالي فإنها تحمل شحنة موجبة، وتتواجد الإلكترونات في المساحة المحيطة بالنواة، وبالتالي فإن معظم الكتلة تتركز داخل النواة
يعرف مركز الذرة بالنواة، وتحتوي النواة على نيوترونات وبروتونات التي تمنح الذرة وزنا وشحنات موجبة، حيث لا يحمل النيوترون أي شحنة، ولكن له كتلة واحدة، ويحمل البروتون شحنة موجبة واحدة، وله كتلة واحدة أيضا، ويتساوى العدد الذري لعنصر مع عدد البروتونات أو الشحنات الموجبة في النواة، ويتم تحديد الوزن الذري لعنصر من خلال جمع البروتونات والنيوترونات الموجودة في النواة
الإلكترون يحمل شحنة سالبة واحدة، وإذا كانت ذرة عنصر ما خالية من الشحنة فإنها يجب أن تحتوي على نفس عدد الإلكترونات كما البروتونات، وترتب هذه الإلكترونات في مدارات حول نواة الذرة كطبقات الأنيون، وهذا يعتبر من الأساسيات في فيزياء الجسيمات
ما هو حجم الذرة
يتشكل حجم الذرة من طبقة ورقية رقيقة بسمك الذرة عند تكدس الملايين من الذرات معًا، وهو أصغر بكثير منما نتخيل، ومن المستحيل قياس حجم الذرة المنفردة لأنه من الصعب تحديد مواقع الإلكترونات المحيطة بالنواة.
ومع ذلك، يمكن تقدير حجم الذرة عن طريق افتراض أن المسافة بين الذرات المتجاورة تساوي نصف قطر الذرة، ويتم قياس نصف القطر الذري عمومًا باستخدام وحدات النانومتر.
ما هي النواة
النواة هي منطقة موجبة الشحنة في وسط الذرة، وتتكون من نوعين من الجسيمات الذرية المعبأة بإحكام معًا، وهي البروتونات التي تحمل شحنة كهربائية موجبة والنيوترونات التي تكون محايدة في الشحنة الكهربائية.
في النواة، تكون الذرة عبارة عن مساحة فارغة بشكل رئيسي مع وجود جسيمات سالبة تدور حولها وتسمى الإلكترونات، ويمكننا أيضا التعرف بوضوح على الجسيمات المكونة للذرة
مما تكون نواة الذرة
يسأل البعض عن مكونات نواة الذرة ويمكن الإجابة عن هذا السؤال بأن نواة الذرة تتألف من بروتونات ذات شحنة موجبة ونيوترونات محايدة، وتحمل نواة الذرة شحنة موجبة شاملة، وفيما يلي سوف نتحدث عن تكوين نواة الذرة:
- البروتونات
البروتونات هي جسيمات موجبة الشحنة توجد داخل نواة الذرة، إنها تساعد في تحديد الذرة، وسيكون للعناصر المختلفة عدد مختلف من البروتونات في النواة، إنها تساوي العدد الذري للذرة وتساهم في الكتلة الذرية (موجودة في الجدول الدوري)، كما أنها تساوي عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة.
- النيوترونات
توجد النيوترونات أيضًا في نواة الذرة، حيث لا يحملون شحنة كهربائية ويساهمون في الكتلة الذرية.
- الإلكترونات
الإلكترونات هي جسيمات سالبة الشحنة تدور حول نواة الذرة بسرعة كبيرة، وتخلق ما يسمى سحابة الإلكترون حول النواة، ورغم أنها لا تساهم في الكتلة الذرية للذرة لعدم أهميتها، إلا أنها توجد بنفس العدد الموجود في النواة وتعد جزءا من الجسيمات الموجودة فيها
حجم وكتلة النواة
نواة الذرة صغيرة للغاية، ويبلغ نصف قطرها حوالي 1/100000 من نصف القطر الكلي للذرة، إذا كانت الذرة بحجم ملعب كرة قدم فإن النواة ستكون بحجم حبة البازلاء، ليس للإلكترونات كتلة تقريبًا، لكن البروتونات والنيوترونات لها كتلة كبيرة بالنسبة لحجمها، ونتيجة لذلك ط تمتلك النواة فعليًا كل كتلة الذرة، نظرًا لكتلتها الكبيرة وحجمها الصغير، فإن النواة كثيفة جدًا، إذا كان جسم بحجم بنس واحد له نفس كثافة نواة الذرة، فإن كتلته ستكون أكبر من 30 مليون طن.
التركيب الذري للعناصر المختلفة
– يحدد عدد البروتونات والإلكترونات في نواة العنصر الذري، على سبيل المثال، يتألف الهيدروجين من بروتون موجب الشحنة وإلكترون سالب الشحنة يدور حول النواة.
يمكنك أيضًا العثور على تمثيل العناصر الذرية في الجدول الدوري للعناصر.
تاريخ مختصر للذرة
- في عام 450 قبل الميلاد، اقترح الفلاسفة اليونانيون القدماء Leucippus وDemocritus أن المادة مصنوعة من الذرات.
- في عام 1661، اقترح الكيميائي الأنجلو-إيرلندي روبرت بويل (1627-1691) أن العناصر الكيميائية هي أبسط شكل من أشكال المادة.
- في عام 1789، وضع الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازييه، المعروف باسم `أب الكيمياء الحديثة`، قائمة بالعناصر الكيميائية التي تم تعريفها على أنها مواد لا يمكن تفكيكها بواسطة تفاعل كيميائي، وكانت هذه النقطة هي البداية المهمة في الطريق نحو الجدول الدوري الكامل.
- ثم في العام 1803، قام العالم الإنجليزي جون دالتون بنشر نظريته الذرية للمادة، وأدرك أن كل عنصر كيميائي يتكون من ذرات
- اقترح الطبيب الإنجليزي ويليام بروت في عام 1815 أن أوزان العناصرالمختلفة تعتمد على مضاعفات بسيطة لوزن ذرة الهيدروجين. ومع ذلك، هذا الاقتراح ليس صحيحًا تمامًا، ولكنه يمثل دليلاً مهمًا آخر لفهم كيفية تكوين الذرات.
- استنادًا إلى رؤى لافوازييه ودالتون وبروت وآخرين في عام 1869، ابتكر الكيميائي الروسي دميتري مينديليف (1834-1907) طريقة منطقية لتنظيم العناصر الكيميائية في هيكل أنيق يسمى الجدول الدوري.
- في عام 1896، اكتشف الفيزيائي الفرنسي هنري بيكريل (1852-1908) بالصدفة نشاطًا إشعاعيًا.
- قام الفيزيائي النيوزيلندي المولد إرنست رذرفورد في عام 1917 بتفكيك الذرة وإثبات وجود جسيمات أصغر داخلها، وقد خلص في النهاية إلى وجود نواة ثقيلة موجبة الشحنة ومنطقة فارغة تحيط بها بشكل كبير.
- في عام 1919، اكتشف الفيزيائي البريطاني فرانسيس أستون عددا كبيرا من النظائر الذرية باستخدام مقياس الطيف الكتلي
- حقق الفيزيائيان الألمان، أوتو هانوفريتز وستراسمان (1902-1980)، أول تقسيم للذرات الثقيلة لصنع ذرات أخف
- قامت الولايات المتحدة بإلقاء قنابل ذرية على مدنتي هيروشيما وناغازاكي في اليابان في عام 1945.
- في الستينيات والسبعينيات، اكتشف علماء فيزياء الجسيمات أن العديد من القوى الأساسية تحمل جسيمات صغيرة “دون ذرية”، وتتحد هذه الجسيمات لتكوين الذرات. وأصبحت أفكارهم تدريجيًا معروفة باسم النموذج القياسي.
- في عام 2013، استخدم العلماء مجهرا كميا للتقاط الصور الأولى داخل ذرة الهيدروجين