محاضرات وكورسات الذرة هي الوحدة البنائية للمادة وتتكون من ثلاثة جسيمات أساسية وهم: البروتونات، النيوترونات، والإلكترونات. تتواجد البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة وهما أكبر في الكتلة من الإلكترونات. أما الإلكترونات فكتلتها ضئيلة للغاية وتتواجد في شكل سحابة حول النواة؛ نصف قطر هذه السحابة أكبر بـ 10,000 مرة من النواة. من خلال هذا المقال سنستعرض معاً بعض المعلومات الأساسية التي يجب أن تعرفها عن التركيب الذري للمادة.
البروتونات والنيوترونات تقريباً لديهما نفس الكتلة، تصل كتلة البروتون الواحد حوالي 1,800 مرة من كتلة الإلكترون. تمتلك الذرة في الحالة العادية نفس العدد من الإلكترونات والبروتونات وعادة ما يتساوى عدد البروتونات مع النيوترونات.
عن طريق إضافة بروتون للذرة فإننا سوف نحصل على عنصراً جديداً؛ أمّا في حالة إضافة نيوترون جديد فإننا نحصل على ما يُعرف بالنظير « Isotope » أو حالة أثقل للذرة.
(1) النواة
تم اكتشافها في عام 1911 ولكن باقي أجزاءها لم تُكتشف حتى عام 1932. رغم أن النواة تحتوي على بروتونات موجبة الشحنة يُمكن أن تتنافر معاً وفقاً لقاعدة « الشحنات المتشابهة تتنافر؛ والشحنات المختلفة تتجاذب » إلا أنها تمتلك إحدى القوى الأربع الأساسية في الكون والتي تُعرف بالقوة النووية الكبرى « Strong Nuclear Force » وهي المسئولة عن ترابط مكونات النواة مع بعضها البعض.
اقرأ أيضاً: ما هي فيزياء الجسيمات الأولية؟
(2) البروتونات
ساهم العالم إرنست رزرفورد في اكتشافها بواسطة التجارب التي أجراها ما بين عامي 1911 و 1919؛ وهي جسيمات موجبة الشحنة تتواجد في نواة الذرة، يتم تحديد ماهية عنصر ما عن طريق عدد البروتونات التي يحتويها هذا العنصر
على سبيل المثال: تحتوي ذرة الكربون على ستة بروتونات، وتحتوي ذرة الأكسجين على ثمانية بروتونات، بينما تحتوي ذرة الهيدروجين على بروتون وحيد، كما يُشار لعدد البروتونات الموجودة في ذرة العنصر بالعدد الذري « Atomic Number ». فضلاً عن أن ترتيب العناصر في الجدول الذري الحديث يعتمد على أعدادها الذرية.
تتكون البروتونات من جُسميات تُدعي الكوارك. يوجد ثلاثة كوارك في كل بروتون؛ اثنان من النوع (Up) وواحد من النوع (Down)، ترتبط الكوارك معاً بواسطة جُسيمات أخرى تُدعى الجلونات.
(3) الإلكترونات
جُسيمات سالبة الشجنة تتجاذب كهربياً مع النواة . تُحيط بالنواة في مدارات تُعرف بالاوربيتالات، تتميز المدارات الداخلية في الذرة بأنها كروية الشكل أما المدارات الأخرى فتبدو أكثر تعقيداً من سابقتها.
التوزيع الإلكتروني للذرة هو توصيف لأماكن تواجد الإلكترونات في المدارات الُمحيطة بها. يُمكن لعلماء الكيمياء باستخدام هذا التوزيع ووفقاً لمبادئ وأسس علم الفيزياء التنبؤ بخصائص هذه المادة مثل درجة الغليان وقدرتها على التوصيل الكهربي.
« اقرأ أيضاً: 4 أشياء يجب أن تعرفها عن جسيم النيوترينو! »
(4) النيوترونات
تم اكتشافها في عام 1932 على يد العالم الفيزيائي جيمس شادويك، وهي عبارة عن جُسيمات متعادلة الشحنة تتواجد في نواة الذرة ولها كتلة أكبر قليلاً من البروتونات. يتكون النيوترون من ثلاثة جُسيمات كوارك، اثنان من النوع (Down) وواحد من النوع (Up).
(5) النظائر
النظائر هي أشكال مختلفة لنفس العنصر لها نفس العدد الذري وتختلف في العدد الكتلي، ويتم تحديد النظير لأي عنصر عن طريق عدد النيوترونات الموجودة به على سبيل المثال فإن الهيدروجين يملك ثلاثة نظائر معروفة وهي: « البروتيوم – الديوتيريوم – التريتيوم »
- البروتيوم: لا يحتوي على أية نيوترونات
- الديوتيريوم: يحتوي على نيوترون واحد
- التريتيوم: يحتوى على 2 نيوترون.
المصادر: 1