فهرس المحتويات
لبنات البناء الأساسية للذرة
تُعتبر الذرة (Atoms) الوحدة الأساسية للمادة، وهي أصغر جزء من عنصر كيميائي يحافظ على خواصه الكيميائية. لا يمكن تقسيمها بوسائل كيميائية، وتشكل جميع العناصر في الجدول الدوري، مثل الهيدروجين، والهيليوم، والأكسجين، واليورانيوم، من تجميعات لهذه الوحدات الأساسية. تتكون الذرة النموذجية من ثلاثة مكونات رئيسية: البروتونات، والنيوترونات، والإلكترونات.
البروتونات: قلب الذرة
تُشكل البروتونات (Protons) جوهر الذرة. يرمز لعددها بالرمز (Z)، وهو ما يُعرف بالعدد الذري (Atomic Number)، وهو الذي يحدد هوية العنصر الكيميائي. يحمل كل بروتون شحنة موجبة، وكتلته تقارب 1.673*10-27 كغ. يتكون البروتون من ثلاثة كواركات: اثنان علويان بشحنة موجبة، وكوارك سفلي واحد بشحنة سالبة، مرتبطة ببعضها بواسطة جسيمات دون ذرية تُسمى غلونات (Gluons).
النيوترونات: الجسيمات المحايدة
يرمز لعدد النيوترونات (Neutrons) في الذرة بالرمز (N). يمثل العدد الكتلي للذرة مجموع عدد البروتونات والنيوترونات (Z+N). تُحافظ القوة النووية القوية على تماسك النيوترونات والبروتونات معاً لتشكيل نواة الذرة. النيوترون جسيم متعادل الشحنة، وكتلته تقارب 1.6749*10-27 كغ. يتكون النيوترون من ثلاثة كواركات: كوارك علوي واحد بشحنة موجبة، وكواركان سفليان بشحنة سالبة.
الإلكترونات: الرقصة الكونية
الإلكترونات (Electrons) أصغر بكثير من البروتونات والنيوترونات، وتدور حول النواة. تحمل شحنة سالبة، مساوية في المقدار لشحنة البروتون لكن معاكسة في الإشارة. كتلة الإلكترون تقارب 9.109*10-31 كغ. تُرتب الإلكترونات في أغلفة (Shells) حول النواة، وهي مناطق احتمالية وجودها. اكتشف العالم جوزيف جون طومسون الإلكترون في عام 1897م.
الكواركات: أسرار العمق
تُعتبر الكواركات الجسيمات الأولية دون الذرية، وهي من أبسط مكونات المادة. يوجد ستة أنواع من الكواركات: العلوي والسفلي، والقمة والحضيض، والغريب والجذاب. تختلف هذه الأنواع في الكتلة والشحنة. ترتبط الكواركات مع بعضها لتشكل البروتونات والنيوترونات، وهي لا تمتلك تركيبًا واضحًا ولا يمكن تقسيمها إلى جسيمات أصغر. تتجمع الكواركات مع كواركات أخرى أو مع مضاداتها لتشكل جميع الهادرونات، بما في ذلك الميزونات والباريونات (مثل البروتونات والنيوترونات).
تكوين الذرة: رحلة في الزمن
اشتق اسم “ذرة” من الكلمة اليونانية التي تعني “غير قابل للتجزئة”. بعد الانفجار العظيم، ومع انخفاض درجة حرارة الكون، تشكلت الإلكترونات والكواركات. شكّلت الكواركات البروتونات والنيوترونات، التي كوّنت النواة خلال الدقائق الأولى من عمر الكون. بعد حوالي 380,000 سنة، برد الكون بما يكفي لتلتقط النواة الإلكترونات، مُشكّلةً أول ذرة في الكون، وكانت ذرات الهيدروجين والهيليوم هي السائدة.
حقائق مذهلة عن الذرة
النيوترونات والبروتونات متقاربة في الحجم، وكلاهما أكبر بكثير من الإلكترون. تُشكل النواة (Nucleus) معظم كتلة الذرة، بينما تُشكل الإلكترونات معظم حجمها. يبلغ متوسط حجم الذرة نحو 100 بيكومتر. يُنتج اختلاف عدد النيوترونات نظائر مختلفة (Isotopes) لنفس العنصر، بينما يُنتج اختلاف عدد الإلكترونات أيونات (Ions) مشحونة كهربائيًا. إزالة أو إضافة إلكترونات أسهل بكثير من إزالة أو إضافة بروتونات أو نيوترونات. اكتُشفت النواة من قبل إرنست رذرفورد في عام 1911م، والنيوترون من قبل جيمس شادويك في عام 1932م. تمتلك الذرات دائمًا عددًا متساويًا من البروتونات والإلكترونات.
