رحـلـــــة فـــــي عالـــــم الــــذرة
رحـلـــــة فـــــي عالـــــم الــــذرة
بقلم/ احمد علاء عفيفي
مراجعة وتدقيق / دكتور .محمد أمين البهنساوى
كيف تكونت تلك الذرات؟
في الحقيقة أنه قبل 13.7 مليار سنة بعد الانفجار العظيم تكونت الذرات، ومع برودة الكون الجديد الكثيف الحار، أصبحت الظروف مناسبة لتشكيل الكواركات (هي جسيمات ليس من الصعب رؤيتها فحسب، بل من المستحيل قياسها) وهذه الجسيمات الصغيرة جدًا هي أساس الجسيمات دون الذرية التي تسمى الهادرونات) وأيضاً الإلكترونات.
وقد اجتمعت الكواركات معًا لتكوين البروتونات والنيوترونات، وقد اجتمعت هذه الجسيمات في نواة واحدة وقد حدث هذا كله خلال الدقائق القليلة الأولى من وجود الكون، وفقًا لـ CERN وقد استغرق الكون 380 ألف سنة ليبرد بما يكفي لإبطاء الإلكترونات حتى تتمكن النوى من التقاطها لتشكيل الذرات الأولى.
وكانت أولى الذرات في المقام الأول الهيدروجين والهيليوم، والتي لا تزال اكثرالعناصر وفرة في الكون وقد تسببت الجاذبية في نهاية المطاف في سحب الغازات لتشكيل النجوم.
نـبـذة تــاريـخـيـــــــــة
- في القرن الخامس قبل الميلاد، بالتحديد في الحضارة الإغريقية باليونان، قام فيلسوف يوناني يدعى ديموقريطس بتعريف الذرة على أنها أصغر جزء لا يقبل التقسيم أو التجزئة، واعتمد في هذا التعريف على تجربة بسيطة قام بها، حيث جاء بحجر وقام بتقسيمه إلى أجزاء ثم قام بتقسيم تلك الأجزاء إلى أجزاء أصغر وهكذا حتى وصل إلى أجزاء لا يمكن تقسيمها أو تجزئتها، ومن هذا قد استمد تعريفه للذرة.
- أما الكيميائي جون دالتون، فقد تأثر كثيراً بالفيلسوف ديموقريطس، ففي عام 1803م قام بوضع نظريته الذرية. وقد تضمنت تلك النظرية عدة أفكار من ديموقريطس، مثل أن الذرات غير قابلة للتجزئة أو التقسيم وغير قابلة للتلف، وتتشكل الذرات المختلفة معًا لخلق كل المادة. وبعد ذلك قام دالتون بإضافة عدة أفكار في تلك النظرية وتضمنت تلك الأفكار: أن جميع ذرات عنصر معين متطابقة، وأن ذرات عنصر ما سيكون لها أوزان وخصائص مختلفة عن ذرات عنصر آخر، ولا يمكن إنشاء أو تدمير الذرات وأن المادة تتكون من تجمع الذرات بأعداد صحيحة بسيطة.
- وعالم الفيزياء البريطاني طومسون والذي اكتشف الإلكترون عام 1897، وقد أثبت أنه يمكن تقسيم الذرات، وفقًا لمؤسسة التراث الكيميائي. وقد كان قادرًا على تحديد وجود الإلكترونات من خلال دراسته لخصائص التفريغ الكهربائي في أنابيب الأشعة الكاثودية. وفقًا لورقة طومسون لعام 1897م، انحرفت الأشعة داخل الأنبوب، والتي أثبتت وجود شيء مشحون بشكل سلبي داخل الأنبوب المفرغ. وفي عام 1899م، نشر طومسون وصفًا لروايته للذرة، والمعروفة باسم "plum pudding model".وقد شمل نموذج طومسون للذرة عددًا كبيرًا من الإلكترونات المعلقة في شيء أنتج شحنة موجبة تعطي الذرة شحنة محايدة إجمالية.
- العالم الذي قام بتعديل النموذج الذري لطومسون وتطويره هو رذرفورد، وفقًا لقسم الكيمياء في جامعة بوردو. وفي عام 1911م، نشر رذرفورد ورقته البحثية من الذرة، والتي تضمنت نواة موجبة الشحنة تدور حول الإلكترونات. وقد نشأ هذا النموذج عندما أطلق رذرفورد ومساعدوه جسيمات ألفا على صفائح رقيقة من الذهب. وقد كان رذرفورد قادرًا على تقدير حجم نواة ذرة الذهب تقريبًا، حيث وجد أنها أصغر 10000 مرة على الأقل من حجم الذرة بأكملها مع وجود مساحة فارغة في جزء كبير من الذرة وما يزال نموذج رذرفورد للذرة هو النموذج الأساسي المستخدم اليوم.
- العالم نيلز بور قد قام بتعزيز النموذج الذري لرذرفورد ليشمل خصائص الإلكترونات على أساس طيف الهيدروجين. وقام إروين شرودنغر بتطوير النموذج الكمي للذرة، أما فيرنر هايزنبرغ قد ذكر أنه لا يمكن للمرء معرفة كل من موقع وسرعة الإلكترون في وقت واحد، أما العالمان موراي جيل مان، وجورج زويغ قد قاموا بتطوير الشكل المستقل للنظرية القائلة بأن البروتونات والنيوترونات تتكون من الكواركات.
ما هي مكونات تلك الذرة؟
تتكون الذرة من البروتونات والنيوترونات وهما أثقل من الإلكترونات وتوجد في النواة التي هي مركز الذرة وكل ذلك داخل الذرة أما الإلكترونات خفيفة الوزن للغاية وتوجد في مدارات تدور فيها حول النواة مثل النظام الشمسي بالضبط سبحان الخالق.
وللبروتونات والنيوترونات نفس الكتلة تقريبًا ومع ذلك، فإن بروتونًا واحدًا أكبر بـ 1835 مرة من الإلكترونوتحتوي الذرات دائمًا على عدد متساوٍ من البروتونات والإلكترونات، وعادة ما يكون عدد البروتونات والنيوترونات متشابه.
هل تعلم عزيزي القارئ أنه عند إضافة بروتون إلى ذرة يتكون عنصرًا جديدًا، في حين أنه عند إضافة نيوترون تتكون النظائر، أو نسخة أثقل، من تلك الذرة فكل ذلك صحيح.
الـنــــــــــــــــواة:
تم اكتشافها في عام 1911م من قبل العالم الفيزيائي إرنست رذرفورد، من نيوزيلندا.
عمليا كل كتلة الذرة متركزة في نواتها حيث يوجد بها البروتونات والنيوترونات التي تتكون منها النواة.
النواة متماسكة بقوة قوية، إحدى القوى الأربعة الأساسية في الطبيعة وبعض النوى الذرية غير مستقرة لأن قوة الربط تختلف باختلاف الذرات بناءً على حجم النواة.
الـبـروتــونـــــات:
البروتونات هي جسيمات موجبة الشحنة موجودة داخل النوى الذرية.
وقد اكتشفها أيضاً العالم رذرفورد في تجارب أنابيب أشعة الكاثود أجريت بين عامي 1911 و 1919.
وتبلغ البروتونات حوالي 99.86٪ من كتلة الذرة مثل النيوترونات.
عدد البروتونات في الذرة فريد لكل عنصر على سبيل المثال، تحتوي ذرات الكربون على ست بروتونات، وذرات الهيدروجين واحدة، وذرات الأكسجين ثمانيةويشار إلى عدد البروتونات في الذرة باسم العدد الذري لهذا العنصر. كما يحدد عدد البروتونات أيضًا السلوك الكيميائي للعنصر. كما أن العناصر مرتبة في الجدول الدوري للعناصر من أجل زيادة العدد الذري.
الـنـيـوترونـــــات:
النيوترونات هي جسيمات غير مشحونة توجد في جميع النوى الذرية (باستثناء الهيدروجين). وقد قام باكتشافها أيضاً العالم رذرفورد في عام 1920 واكتشفها العالم تشادويك في عام 1932.
وقد تم العثور على النيوترونات أثناء التجارب عندما تم إطلاق الذرات على ورقة رقيقة من البريليوم وقد تم إطلاق الجسيمات دون الذرية بدون شحنة - النيوترون وتكون كتلة النيوترون أكبر قليلاً من كتلة البروتون.
الإلـكـتـرونــــات:
اكتشف عالم الفيزياء البريطاني جوزيف جون (JJ) طومسون الإلكترون في عام 1897م.
الإلكترونات صغيرة مقارنة بالبروتونات والنيوترونات، أصغر بـ 1800 مرة من البروتون أو النيوترون وتبلغ نسبة الإلكترونات حوالي 0.054٪ مثل النيوترونات، وفقًا لمختبر جيفرسون.
تُعرف الإلكترونات في الأصل باسم "الجسيمات"، ولها شحنة سالبة وتنجذب كهربائيًا إلى البروتونات ذات الشحنة الموجبة.
تحيط الإلكترونات بالنواة الذرية في مسارات تسمى المدارات، وهي الفكرة التي طرحها الفيزيائي النمساوي إروين شرودنغر في عشرينيات القرن العشرين.
اليوم، يُعرف هذا النموذج باسم النموذج الكمي أو نموذج السحابة الإلكترونية و المدارات الداخلية المحيطة بالذرة كروية لكن المدارات الخارجية أكثر تعقيدًا.
يشير تكوين إلكترون الذرة إلى مواقع الإلكترونات في ذرة نموذجية باستخدام تكوين الإلكترون ومبادئ الفيزياء، يمكن للكيميائيين التنبؤ بخصائص الذرة، مثل الثبات ونقطة الغليان والتوصيل.
الـمـصــــــادر:
التعليقات على الموضوع