تعريف الذرة

مفهوم الذرة

الذرة (Atom) أصغر وحدة يمكن للمادة أن تنقسم إليها من دون تحرير جزيئات مشحونة كهربائيًا، كما يمكن اعتبارها اللبنة الأساسية في الكيمياء، فهي أصغر وحدة تمتلك خصائص مميّزة لعنصر كيميائي ما، والذرة أخف الجسيمات المشحونة في الطبيعة، وعندما ترتبط الذرات مع بعضها بعضًا بروابط كيميائية تتكوّن جزيئات يصعب تكسيرها، وتتكوّن المادة من تجمّع تلك الجزيئات التي يمكن فصلها نسبيًا.

مكونات الذرة

تتكوّن الذرة من ثلاثة مكوّنات صغيرة، وهي عبارة عن جسيمات صغيرة تُسمى بالجسيمات غير الذرية؛ البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ويمكن تفصيلها على الشكل الآتي:

• البروتونات (Protons): عبارة عن جسيمات ذات شحنة موجبة تكون موجودة داخل نواة الذرّة، ويختلف عدد البروتونات من ذرة لأخرى، ويكون عددها في الذرة فريد لكل عنصر، ويشير إلى الرقم الذري لهذا العنصر.
• النيوترونات (Neutrons): جسيمات غير مشحونة توجد داخل جميع النوى الذرية ما عاد الهيدروجين، وتعدّ كتلة النيوترون أكبر من كتلة البروتون بقليل.
• الإلكترونات (Electrons): جسيمات ذات شحنة سالبة، وتحيط بالنواة الذرية في مسارات حولها تُسمى بالمدارات، وهذا ما يُطلق عليه السحابة الإلكترونية، ويمكن التنبّؤ بخصائص الذرة كالثبات ونقطة العليات وغيرها من خلال معرفة تكوين وتموضع الإلكترون.

الخصائص الأساسية للذرة

تمتلك الذرة بشكلٍ عام خصائص أساسية وهي كما يلي:

• تمتلك البروتونات والنيوترونات الكتلة نفسها تقريبًا، وبما أنّ النيوترونات غير مشحونة كهربائيًا فهي تسهم في زيادة كتلة الذرة بشكلٍ كبير، ولكن ليس في شحنتها، بينما تكون كتلة الإلكترونات أصغر بكثير من البروتونات، فهي لا تُسهم كثيرًا في كتلة الذرة، وبالتالي يُنظر إلى عدد البروتونات والنيوترونات فقط عند الرغبة في معرفة الكتلة الذرية.
• تُسهم الإلكترونات في شحنة الذرة، إذ إنّ لكل إلكترون سالب يوجد بروتون موجب، ويكون عدد البروتونات داخل النواة مساويًا لعدد الإلكترونات التي تدور حولها، وتكون الذرة عندها دون شحنة صافية أو محايدة.
• تكون الذرة من مساحة فارغة، وذلك نظرًا لأحجام البروتونات والنيوترونات والإلكترونات، وعلى الرّغم من هذه المساحة الفارغة فالأجسام لا تستطيع أن تمر عبر بعضها بعضًا، وذلك بسبب تأثير شحنة الإلكترونات السالبة التي تتسبّب في تنافر الذرات عن بعضها بعضًا.
• تحدد عدد البروتونات العدد الذري لكل عنصر، ويتميّز به عن العنصر الآخر.
• تغير عدد النيوترونات، فينتج عن ذلك ما يُسمى بالنظائر.

نظريات متقدمة عن الذرة

هناك عدّة نظريات متقدّمة عن الذرة، وتختلف عن نظرية دالتون ( Dalton) الذرية القديمة عام 1808م، التي تقوم على فكرة أنّ الذرات خليط من الغازات التي تتنافر فقط، في حين أنّها على عكس ذلك فهي تتفاعل بين بعضها بعضًا، وتشمل نظريات الذرة المتقدّمة ما يلي:

نظرية جوزيف طومسون (J.J. Thomson’s Theory)

فيها اقترح الفيزيائي الإنجليزي طومسون في عام 1904م نظريته التي تقوم على أنّ الذرات تتكوّن من كرة كبيرة موجبة الشحنة تحيطها الإلكترونات سالبة الشحنة، كما أنّ شحنة الكرة الموجبة مساوية لشحنات الإلكترونات السالبة.

نظرية رذرفورد ( Rutherford’s Hypothesis)

فقد اقترح الفيزيائي البريطاني رذرفورد في عام 1911م النموذج النووي للذرات، أي وجود نواة في داخل الذرة، كما اكتشف جزءًا من النشاط الذي يتمثّل في حركة البروتونات والإلكترونات داخل القسم المركزي من الذرة، كما أنّه قال في فرضيته إن عدد البروتونات والإلكترونات متساوٍ في الذرّة.

نظرية بور ( Bohr’s Theory)

فيها اقترح الفيزيائي الدينماركي نيلز بور في عام 1913م، نموذجًا كوكبيًا يقوم على أنّ الإلكترونات تدور حول نواة الذرة كما تدور الكواكب في مدارات حول الشمس، ويمكن تلخيص هذه النظرية في المبادئ التالية:

• احتلال الإلكترونات مدارات محدّدة حول نواة الذرّة، وهي مدارات مستقرّة، يُطلق عليها المدارات الثابتة.
• ارتباط كل مدار له طاقة معيّنة مرتبطة به، ويكون المدار الأقرب للنواة طاقة E1، والمدار الثاني تكون طاقته E2 وهكذا.
• امتصاص الطاقة عندما يتحرّك الإلكترون من مدار منخفض إلى مدار أعلى، بينما تنبعث الطاقة عندما يتحرّك الإلكترون من مدار أعلى إلى مدار منخفض.
• احتساب طاقة وتواتر الضوء الذي تم امتصاصه أو انبعاثه عندما تحرّك الإلكترون، وذلك عن طريق معرفة الفرق بين الطاقتين المداريتين.

نظرية إروين شرودنجر ( Erwin Schrödinger)

طوّر هذا العالم النمساوي في عام 1926م نظرية بور، واستخدم معادلات رياضية لمعرفة احتمالية العثور على إلكترون في موضع معيّن، ويعرف نموذجه ب النموذج الميكانيكي الكي للذرة، وهو لا يحدّد المسار الدقيق للإلكترون، ولكن يتنبّأ باحتمالات موقع الإلكترون.

نظريات أينشتاين وهايزنبرغ وميكانيكا الكم

تتوافق هذه النظريات مع نظريات الذرة السابقة في كونها متكوّنة من نواة مركزية ثقيلة يدور حولها عدد من الإلكترونات في مداراتها، ولكن اقترحت نظريات الكم الحديثة أنّ الإلكترونات غيوم، كما يمكن للشخص قياس سرعتها بدقّة جنبًا إلى حنب مع مواقعها، لكن لا يمكن القيام بذلك في الوقت نفسه.

نظرية الكواركات (Quarks)

بعد عام 1932م ومن خلال القيام بالدراسات المستمرة، اكتُشفت عدّة جسيمات إضافية موجودة في الذرّة، كما أُنشئت عناصر جديدة من خلال قصف النواة بجزيئات دون ذرية مختلفة، وعُززت فكرة أن البروتونات والنيوترونات تتكوّن من وحدات أصغر تسمى الكواركات، التي تتكوّن من خيوط طاقة متذبذبة.

ملخص المقال

الذرة أصغر وحدة ممكن أن تتكوّن منها المادة، وتتكون من نواة ذرية تحتوي على بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات لا تملك شحنة كهربائية، تدور حولها إلكترونات ذات شحنة سالبة، وتكون الذرة حيادية عندما يكون عدد البروتونات مساويًا لعدد الإلكترونات، ولكل عنصر عدد ذري يميّزه عن العناصر الأخرى، ويدل على عدد البروتونات في الذرة، ووُضعت نظريات عديدة ومختلفة عبر الزمن عن كيفية تكوين الذرة وما هي الجسيمات الموجودة بداخلها، وما زالت الدراسات قائمة إلى يومنا هذا لاكتشاف مزيدٍ.