مكونات الذرة
تُعدّ الذرة (بالإنجليزيّة: Atoms) وحدة البناء الأساسية للمادة ، والتي لا يمكن تقسيمها باستخدام أية وسيلة كيميائية، وهي التي تتكون منها كل عناصر الجدول الدوري ، ويعد كل من الهيدروجين، والهيليوم، والأكسجين، واليورانيوم، من الأمثلة عليها، وتتكوّن الذرة النموذجية من ثلاثة مكونات؛ هي: البروتونات، والنيوترونات، والإلكترونات، نتناولها تفصيلًا في السطور الآتية.
البروتونات
تعد البروتونات (بالإنجليزيّة: Protons) أساس الذرات؛ لأن الذرات تستطيع اكتساب الإلكترونات، والنيوترونات، وفقدها، ويُرمَز لعدد البروتونات بالرمز (Z)، وهو يشكل هوية الذرة، ويُعرف باسم العدد الذري (بالإنجليزيّة: Atomic Number)، ويحمل البروتون شحنة موجبة، وتبلغ كتلته نحو 1.673*10.
ويتم ترتيب العناصر في الجدول الدوري بناء على ازدياد العدد الذري ، ويتكوّن البروتون من ثلاثة كواركات: كواركان علويان، ويحمل كل منهما شحنة موجبة، وكوارك سفلي واحد يحمل شحنة سالبة يرتبطون جميعًا معًا بواسطة جسيمات دون ذرية تُدعى غلون (بالإنجليزيّة: Gluon).
النيوترونات
يُرمز لعدد النيوترونات (بالإنجليزيّة: Neutrons) في الذرة بالرمز (N)، ويمثل العدد الكتلي للذرة مجموع النيوترونات، والبروتونات (Z N)، وتساعد القوة النووية القوية على ربط النيوترونات والبروتونات معاً لتشكيل نواة الذرة، والنيوترون متعادل الشحنة؛ أي لا يحمل أية شحنة، ولا ينجذب إلى البروتونات أو الإلكترونات، وتبلغ كتلته نحو 1.6749*10كغ.
ويتكوّن النيوترون مثل البروتون من ثلاثة كواركات: كواركان سفليان، يحمل كل منهما شحنة سالبة، وكوارك علوي واحد يحمل شحنة موجبة.
الإلكترونات
تعد الإلكترونات (بالإنجليزيّة: Electrons) أصغر بكثير من البروتونات والنيوترونات، وهي تدور حولها، وتنجذب إلى البروتونات الموجودة في النواة، وهي تحمل شحنة سالبة، وتساوي قيمة شحنتها قيمة شحنة البروتون لكنهما مختلفان في الإشارة، وتبلغ كتلتها نحو 9.109*10كغ.
تدور الإلكترونات حول النواة من الخارج، وهي منظمة في أغلفة (بالإنجليزيّة: Shells) والتي هي عبارة عن المناطق التي يتم فيها العثور على الإلكترونات، وتُظهر النماذج البسيطة الإلكترونات وهي تدور حول النواة في مدارات شبه دائرية، بشكل مشابه لمدارات الكواكب حول النجوم، إلا أن سلوكها الحقيقي يعد أكثر تعقيدًا من ذلك بكثير.
تشبه بعض أغلفة الإلكترونات شكل الكرة، بينما يشبه بعضها الآخر شكل الأجراس الصماء، أو غيرها من الأشكال، ويمكن العثور على الإلكترونات في أي مكان من الذرة، وقد تم اكشاف الإلكترون من قبل العالم جوزيف جون طومسون في عام 1897م.
الكواركات
يعتقد حاليًا بأن الكواركات فعليًا أبسط مكونات المادة، وهي عبارة عن جسيمات أولية دون ذرية، وهناك ستة أنواع منها تختلف فيما بينها من حيث الكتلة والشحنة، وهذه الأنواع هي: العلوي والسفلي (بالإنجليزيّة: Up and Down)، والقمة، والحضيض (بالإنجليزيّة: Top and Bottom)، والغريب، والجذّاب (بالإنجليزيّة: Charm and Strange)، وهي ترتبط فيما بينها لتشكل البروتونات والنيوترونات.
ولا تمتلك الكواركات تركيبًا واضحًا، ولا يمكن تحليلها إلى شيء أصغر منها، وعادةً ما تتجمع الكواركات مع كواركات أخرى أو مع الكواركات المضادة (بالإنجليزيّة: Antiquarks) لتشكل جميع الهادرونات (بالإنجليزيّة: hadrons)، التي تشمل كلًا من: الميزونات (بالإنجليزيّة: Mesons)، والباريونات (بالإنجليزيّة: Baryons)، التي تتكون من ثلاثة كواركات، ومن أشهرها البروتونات والنيوترونات.
كيفية تشكّل الذرة
جاء اسم الذرة (atom) من الكلمة اليونانية التي تعني الشيء غير القابل للتجزئة؛ بسبب الاعتقاد السائد في وقتها بأنها أصغر شيء في الكون، ولا يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر منها، وفي الوقت الحالي تمكن العلماء من اكتشاف مكونات الذرة الرئيسة، وهي: الإلكترونات، والبروتونات، والنيوترونات، التي تتكون من جسيمات أصغر منها تُعرَف باسم الكواركات (بالإنجليزيّة: quarks).
تكوّنت الذرات بعد الانفجار العظيم الذي حدث منذ 13.7 مليار عام تقريبًا؛ فبعد انخفاض درجة حرارة الكون الحار والكثيف، أصبحت الظروف مناسبة لتشكل الإلكترونات والكواركات؛ حيث شكلت الكواركات معًا النيوترونات والبروتونات، والتي شكّلت النواة معًا، وهو الأمر الذي حدث خلال الدقائق الأولى القليلة من وجود الكون.
استغرق الكون مدة 380,000 عام حتى برد بشكل كافٍ، لتقل سرعة الإلكترونات، وتتمكن النواة من التقاطها؛ لتكوين أول ذرة في الكون، وشكلت ذرات الهيدروجين، والهيليوم أولى هذه الذرات، وما زالت حتى وقتنا هذا أكثر العناصر وفرةً في الكون.
معلومات عامة عن مكونات الذرة
من أهم المعلومات العامة عن مكونات الذرة ما يأتي:
- يتساوى كل من البروتون والنيوترون في الحجم تقريبًا، وهما أكبر بكثير من الإلكترون، وتبلغ كتلة البروتون نحو 1840 ضعف كتلة الإلكترون.
- تضم النواة كلًا من البروتون والنيوترون، وهي موجبة الشحنة.
- تعد الذرات صغيرة جدًا في الحجم، حيث يبلغ متوسط حجمها نحو 100 بيكومتر.
- تشكل النواة (بالإنجليزيّة: Nucleus) معظم كتلة الذرة، بينما تشغل الإلكترونات معظم حجم النواة.
- ينتج عن اختلاف عدد النيوترونات النظائر المختلفة للعنصر (بالإنجليزيّة: Isotopes)، بينما تنتج الأيونات (بالإنجليزيّة: Ions) عن اختلاف عدد الإلكترونات، وهي تمثل الذرات المشحونة كهربائيًا، وتشكل النظائر والايونات لذرة معينة مع ثبات عدد البروتونات، الأشكال المختلفة لنفس العنصر الكيميائي.
- تعد إزالة أو إضافة الإلكترونات من الذرة أسهل بكثير من إزالة البروتونات أو الإلكترونات، ويشمل التفاعل الكيميائي ذرات أو مجموعات من الذرات، والتفاعل بين إلكتروناتها.
- تمتلك الذرات دائمًا عددًا متساويًا من البروتونات والإلكترونات.
- اكتُشف النواة في عام 1911م، من قبل العالم الفيزيائي إرنست رذرفودر، وهو الذي أطلق اسم البروتون على الجسيمات موجبة الشحنة في الذرة، كما أعلن عن وجود جسيمات متعادلة في النواة أيضًا، والتي تم التعرف عليها في عام 1932م بعد ذلك من قبل الفيزيائي جيمس شادويك.
