مقدمة
تعتبر الذرة حجر الزاوية في فهمنا للعالم المادي من حولنا. إنها أصغر وحدة بنائية للمادة تحتفظ بالخصائص الكيميائية للعنصر. ببساطة، هي الوحدة الأساسية التي تشكل كل شيء من حولنا. تعود جذور كلمة “ذرة” إلى الكلمة اليونانية “Atomos”، والتي تعني “غير قابل للتجزئة”، مما يعكس الاعتقاد القديم بأنها أصغر جسيم في الكون.
التطور التاريخي لفهم الذرة
رحلة اكتشاف الذرة مليئة بالتحولات والتطورات، حيث ساهم فيها العديد من العلماء والفلاسفة عبر العصور. يمكن تلخيص بعض المحطات الرئيسية في هذا التطور على النحو التالي:
- الفترة الإغريقية القديمة: في حوالي 450 قبل الميلاد، اقترح الفيلسوف الإغريقي ديمقراط فكرة وجود جسيمات صغيرة غير قابلة للتجزئة تشكل المادة، وأطلق عليها اسم “الذرات”.
- بداية القرن التاسع عشر: في عام 1800، أعاد جون دالتون إحياء فكرة الذرة، وقدم أدلة تجريبية تدعم وجودها. طور دالتون النظرية الذرية، التي وضعت أسس فهمنا الحديث للعناصر والمركبات.
- اكتشاف الإلكترون: في عام 1897، اكتشف جوزيف طومسون الإلكترون، وهو جسيم أصغر يحمل شحنة سالبة. اقترح طومسون نموذج “بودنغ البرقوق” للذرة، حيث تتوزع الإلكترونات في بحر من الشحنات الموجبة.
- اكتشاف النواة: في عام 1911، أجرى إرنست رذرفورد تجربة شهيرة أدت إلى اكتشاف نواة الذرة، وهي منطقة صغيرة كثيفة تحمل شحنة موجبة وتقع في مركز الذرة. اقترح رذرفورد نموذجًا جديدًا للذرة، حيث تدور الإلكترونات حول النواة في مدارات محددة.
التركيب الداخلي للذرة
تتكون الذرة من ثلاثة أنواع رئيسية من الجسيمات:
- البروتونات: جسيمات موجبة الشحنة توجد داخل النواة. عدد البروتونات في الذرة يحدد نوع العنصر.
- النيوترونات: جسيمات متعادلة الشحنة توجد أيضًا داخل النواة. تساهم النيوترونات في كتلة الذرة وتساعد في استقرار النواة.
- الإلكترونات: جسيمات سالبة الشحنة تدور حول النواة في مدارات محددة. عدد الإلكترونات في الذرة المتعادلة يساوي عدد البروتونات.
تعتبر النواة مركز الذرة وتحتوي على معظم كتلتها. يتحدد التركيب الذري للعنصر بعدد البروتونات الموجودة في نواته، وهو ما يعرف بالعدد الذري. يختلف التركيب الذري من عنصر لآخر، مما يمنح كل عنصر خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة.
الجسيمات دون الذرية هي المكونات الأساسية للذرة. فيما يلي تفصيل لهذه الجسيمات:
- البروتونات: اكتشف رذرفورد البروتونات من خلال تجارب أجريت بين عامي 1911 و 1919، وهي جسيمات موجبة الشحنة توجد في نواة الذرة، وتتكون من ثلاثة كواركات: كواركان علويان يحملان شحنة موجبة، وكوارك سفلي واحد يحمل شحنة سالبة.
- الإلكترونات: هي جسيمات سالبة الشحنة تدور حول النواة. تبلغ شحنة الإلكترون السالبة 1.602×10-19 كولوم، وكتلته صغيرة جداً مقارنة بالبروتونات والنيوترونات؛ إذ تُساوي 9.10938×10-31 كغم.
- النيوترونات: جسيمات متعادلة توجد داخل النواة وتتكون من ثلاثة كواركات؛ واحد علوي واثنان سفليان، تربطها بالبروتونات قوة تسمى القوة النووية القوية، وهي المسؤولة عن إشعاع الذرات حتى ولو لم تُؤثّر على شحنتها.
تجدر الإشارة إلى أن كتلة البروتون تساوي حوالي 99.86% من كتلة النيوترون. يختلف عدد البروتونات من عنصر لآخر؛ فالكربون يمتلك 6 بروتونات، بينما يمتلك الهيدروجين بروتونًا واحدًا فقط. عدد البروتونات يتحكم في الخصائص الفيزيائية والكيميائية للعنصر، ويتم ترتيب العناصر في الجدول الدوري بناءً على العدد الذري تصاعديًا.
أصناف الذرات
توجد عدة أنواع من الذرات، يمكن تصنيفها بناءً على خصائصها المختلفة:
- الذرات المتعادلة: هي ذرات يتساوى فيها عدد البروتونات التي في النواة مع عدد الإلكترونات التي حولها.
- الأيونات: هي ذرات مشحونة بسبب فقد أو كسب الإلكترونات.
- النظائر: هي ذرات لها نفس عدد البروتونات لكن تختلف في عدد النيوترونات.
- الذرات المشعة: هي الذرات التي تصدر فيها النيوترونات إشعاعاً في محاولة الوصول نحو الاستقرار.
- المواد المضادة: هي الذرة التي تحمل شحنة مضادة وهي نادرة وضعيفة جداً.
المصادر
- Sharon Bertsch McGrayne, “Atom”, www.britannica.com
- Anne Helmenstine (2020-2-19), “10 Interesting Atom Facts”, sciencenotes.org
- “History of the Atom”, www.ck12.org, 2021-1-25
- “Atomic Structure – Discovery of Subatomic Particles”, byjus.com
- “Subatomic Particles”, byjus.com
- Tim Sharp (2020-5-30), “What Is an Atom?”, www.livescience.com
- Anne Marie Helmenstine (2019-7-14), “Electron Definition: Chemistry Glossary”, www.thoughtco.com
- Kelly Robson, “Neutrons: Definition & Concept”, study.com
- Lee Johnson (2018-3-14), “Different Kinds of Atoms”, sciencing.com
