في هذا الكون الهائل يوجد العديد من الأجسام والمواد التي قد لا نراها بالعين المجردّة، فلا يتم الكشف عنها سوى باستخدام الأجهزة المجهرية الحديثة والتجارب الفيزيائية والكيميائية، وكثيرًا ما نسمع عن عناصر الجدول الدوري، والتي تعتمد على الكتلة الذرية، فيكثر التساؤل عن مكونات وخصائص الذرة و ما هو مركز الذره ؟ لذا نقدم لكم الإجابة عبر موقع مخزن بشكل تفصيلي.
نظرًا إلى أن العديد من العلوم الكيميائية والفيزيائية تشتمل على المجال الذرّي فإن الحاجة إلى معرفة مركزية أصغر بنية في المواد والمكون الأساسي للذرة تزداد لدى الكثيرين.
يتمثل مركز الذرة في النواة؛ فالنواة هي مكوّن الذرة الرئيسي المحتوي على كافة الخصائص الذريّة مثل الشحنة والكتلة.
كما تحتوي على مجموعة من جسيمات الذرة مثل البروتونات التي تحمل شحنة موجبة، والنيوترونات التي تحمل شحنةً متعادلة.
يختلف عدد الجسيمات المتواجد في النواة تبعًا لنوع الذرة؛ حيث تتنوع الذرات بحسب الخصائص المتوفرة فيها.
تجتمع نسبة الكتلة الذرية في النواة، فعند تحصيل معدل البروتونات والنيوترونات على اختلاف شحناتها الموجبة والمتعادلة تكون الذرة موجبة الشحنة.
بينما إذا تساوى معدل البروتونات التي تحمل شحنة كهربية موجبة، والإلكترونات التي تحمل شحنة كهربية سالبة فإن محصلة النواة تكون متعادلة.
إضافةً على أن مركز الذرة النواة يتضمن طاقة الارتباط، والتي تجذب المكونات إليها حتى يكون ترابطها تامًّا أو يختلف بحسب نوع الذرة.
تأثير التجاذب بين الجسيمات لا يخرج عن حدود النواة.
وفرع العلوم الذي يشتمل كافة جوانب الذرة ونواتها يسمى بالفيزياء الذرية.
معنى الذرة
اكتشف العلماء بأن الذرة تتضمن جسيمات أصغر منها النواة، لذا فإن مصطلح الذرة يطلق في العلوم على أصغر العناصر والمواد الكيميائية، حيث يعد جزيء المادة أكبر من الذرة.
الذرة هي أصغر الجزيئات التي تتكون منها المواد.
في المعجم اللغوي يأتي مصطلح الذرة من ذرَّ، والذي يأتي بمعنى حبّة أو رشّة.
تعد الذرة جُزيء دقيق للغاية فهي أصغر من حبة الشعير بما يعادل جزء واحد من 248832 حبة.
كما يعود أصل تسمية المصطلح بالذرة إلى المسمى الإغريقي أتوموس، والذي يعني أن الجزيء لا ينقسم إلى أكثر مما هو عليه.
أهم مكونات الذرة
بعد التعرف على المكون الرئيسي في الذرة وهو النواة ينبغي الإلمام بالمكونات الأخرى الهامة، والتي قام العالمان رذرفورد وطومسون باكتشافها عبر تجاربهما، وهي تتمثل فيما يلي:
النيوترونات
النيوترون هو جسيم متعادل الشحنة أو لا يحمل شحنة، ويتواجد في كافة عناصر الجدول الدوري ما عدا عنصر الهيدروجين.
مُكتشف النيوترونات هو العالم رذرفورد من خلال تجاربه التي أجراها عام 1920 ميلاديًا، وتم التعرف على كتلتها التي تمثل حوالي 1.6749 × 10-27.
الكوارك هو أحد مكونات الذرة ونواتها، وهو من الجسيمات الأولية التي لا تتجزأ، وترتبط ببعضها بما يسمى بالغلونات، ويتضمن النيوترون على ثلاثة منه؛ يحمل كواركين منهما الثلث من الشحنة السالبة، بينما الكوارك الثالث يحمل ثلثين من الشحنة السالبة أيضًا، بالتالي يكون النيوترون متعادلًا.
البروتونات
يختلف كل مكوّن من مكونات الذرة عن غيره في شحنته وخصائصه، فالبروتون هو جزيء موجب الشحنة.
تقل كتلة جسيم البروتون عن النيوترون، فنجد أن كتلة البروتون مقارنةً بالنيوترون هي 0.9986.
كما يتم تصنيف العنصر في الجدول الدوري تبعًا للعدد الذري، والذي يعبر عن عدد البروتونات في نواة الذرة.
تم اكتشافها من قبل العالم رذرفورد الذي أجرى تجربة رقاقة الذهب؛ حيث قام بتسليط أشعة ألفا على رقاقة ذهبية، فلاحظ العالم أن بعض الجسيمات الإشعاعية تمكنت من المرور عبرها، بينما جزء منها لم يتمكن من المرور فانحرف عن مساره.
لذا فإن تجربة رذرفورد دلالة على تواجد جسيمات تحمل شحنات مختلفة، فيتشابه بعضها مع شحنة جسيمات ألفا، كما تم استنتاج أن غالبية المساحة المتواجدة داخل حدود الذرة فراغ.
يتضمن البروتون الواحد على ثلاثة أجزاء من الكوارك؛ ثلثين موجبي الشحنة، وثلث سالب الشحنة.
الإلكترونات
تم اكتشاف الإلكترونات من قبل عالم الفيزياء الإيطالي طومسون.
يعد الإلكترون الجسيم الأقل كتلة مقارنةً بالنيوترون والبروتون، حيث تساوي كتلته حوالي 1.109 × 10-31.
تقل كتلة الإلكترون عن غيره من الجسيمات بما يعادل ألف وثمانمائة مرة.
تسير الإلكترونات في مدارات حول نواة الذرة، فهي كالغيمة المحيطة بها، وتعتمد تلك المدارات الإلكترونية على قوة التجاذب بين الشحنة السالبة في الإلكترون الخارجي، والشحنة الموجبة في البروتون داخل نواة الذرة.
تختلف أشكال المدارات الإلكترونية على حسب البعد بينهما وبين النواة، فالمدارات القريبة تكون دائرية الشكل، بينما يكون شكل المدارات البعيدة معقدًا ومتداخلًا.
قام العالم إرفين شرودنغر بطرح نموذج السحابة الإلكترونية؛ حيث تتوزع فيه الإلكترونات بشكل محدد من قبل علماء الفيزياء، ومن خلاله يتم التعرف بسهولة على الخصائص الذرية، والتي تتيح إمكانية التنبؤ بالتفاعلات المختلفة، مثل الغليان، والتوصيل الكهربائي، ومدى استقرار الذرة.
جسيمات ألفا وبيتا
تُصنف تلك الجسيمات في المستوى الثانوي من المكونات الذرية، وتم تخصيص رموز ووظائف لها تتمثل في الآتي:
تتم عملية انبعاث كل من جسيمات ألفا وجسيمات بيتا عن طريق عملية الاضمحلال الإشعاعي.
يُرمز لجسيمات ألفا بحرف A مصغر وهو “α”، بينما يُرمز لجسيمات بيتا بحرف B مصغر وهو “β”.
يشير جسيم ألفا إلى نواة عنصر الهيليوم المتكون من 2 بروتون، و 2 نيوترون، بينما تعبر جسيمات بيتا عن البوزيترونات أو العناصر الجسيمات الإلكترونية الحرة.
تحمل جسيمات بيتا الكتلة ذاتها للإلكترونات مع اختلاف الشحنة، وهي سريعة للغاية وتحمل طاقة هائلة مما يُمكنها من اختراق الأجسام بمعدل أكثر من جسيمات ألفا.
نظرًا إلى احتواء جسيمات بيتا على تلك الخصائص العالية فإنها تشكل خطرًا على الكائن الحي، وعلى الرغم من ذلك يتم استخدامها في علاجات السرطان الإشعاعية.
بينما لا تشكل جسيمات ألفا خطرًا على الكائن الحي إلا إذا كانت منبعثة من داخل جسمه، وسيتم استخدامها في المجال الطبي مثل ناظمة القلب الاصطناعية.
تخرج جسيمات ألفا من عناصر مشعة لها نواة كبيرة، وتنتج عن تفاعلات كيميائية تؤدي إلى تحويل العنصر الغير مستقر إلى عنصر مستقر بشكل أكبر.
أنواع الذرات
يتم تصنيف أنواع الذرات بالاستناد إلى خصائص مركزها الرئيسي النواة، والجسيمات المنجذبة إليه، فالذرات المتصفة بالتوازن والاستقرار تتميز بأنها ذرات دائمة، بينما الذرات الغير مستقرة تشكل عناصر مشعة، وتتمثل الأنواع في الآتي:
الذرة المستقرة: هي التي تتوازن بروتوناتها ونيوترونها وإلكتروناتها، لكن قواها الخارجية لا تدخل ضمن محصلة توازنها.
الذرة المشعة: هي ذرات غير مشعة زادت فيها أعداد جسيمات النيوترون، ولا تتميز الذرة المشعة بالاستقرار، لكن في حالة انبعاث جزيئات منها فإنها تتحول إلى ذرة مستقرة.
الجسيمات المضادة: إن جسيمات الذرة لها جزيئات أخرى مضادة ومزدوجة، ويحمل كل جسم مضاد شحنة كهربية تعاكس الجسيم الذري الذي يقابله.
النظائر: النظير عبارة عن عنصر كيميائي يحتوي على معدلات مختلفة من جسيمات النيوترون، وإذا زاد كمّ النيوترونات به فإنه يصبح مشعًا، ومن أمثلة النظائر عنصر الهيدروجين (H)، والكلور (Cl)، والحديد (Fe).
الأيونات: هي الذرة التي اكتسبت إلكترونات فأصبحت أكثر من معدلها الطبيعي أو فقدت أيونات فأصبحت عدد أيوناتها أقل وتغيرت خصائصها، بالتالي فإن لها دور رئيسي في أي تفاعل كيميائي.
بهذا تمت الإجابة عن سؤال ما هو مركز الذرهوالتعرف على خصائصها وأنواعها، والظواهر التي تطرأ عليها، ونأمل لكم الحصول على الفائدة المرجوة.
