تركيب الذرة تاريخها ونشأتها

إن بنية الذرة وتاريخها وأصلها، الذرة هي الوحدة الأساسية للكيمياء وهي أصغر لبنة تدخل في تكوين أي مادة.

مفهوم الذرة

تعتبر الذرة من أصغر الأشياء التي يمكن الحصول عليها من المادة، خاصة عندما تتحلل، لأنها لا ترى بالعين المجردة.
إنها محايدة كهربائيًا، ولكن عند فصلها، تكتسب جزيئاتها شحنة كهربائية، سواء كانت سالبة أو موجبة.
الذرة هي أساس علم الكيمياء وهي أصغر مكون للمادة التي تتميز بخصائصها الكيميائية المتغيرة.
يتم تضمين الذرات في تكوين أي مادة موجودة على سطح الكون، لأن كل عنصر من عناصر الجدول الدوري الكيميائي يتميز بتركيبته الذرية، والتي تختلف عن باقي العناصر.
بالإضافة إلى الخصائص الكيميائية الفيزيائية التي تميزه عن العناصر الأخرى، تعتمد هذه الخصائص إلى حد كبير على الكتلة الذرية للعنصر.
يعود أصل كلمة atom إلى الكلمة اللاتينية atomos، والتي تعني غير قابل للتجزئة، لأن العلماء في ذلك الوقت اعتقدوا أنه لا يوجد شيء أصغر من المادة في هذا الكون، لذا فهي غير قابلة للتجزئة.
معظم جسم الذرة عبارة عن فراغ، حيث تدور غيوم إلكترونية صغيرة جدًا حول النواة في مساحة صغيرة جدًا مقارنة بالحجم الكامل للذرة.

مكونات المواد

على عكس المعتقدات السابقة، تتكون المادة من عدة أجزاء صغيرة لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، ومن أهم مكونات المادة:

1- البروتونات

إنها مجموعة من الأجسام الصغيرة التي لها شحنة كهربائية موجبة تساوي نفس كمية الشحنة الكهربية مثل الإلكترون الذري.
بينما تبلغ كتلة البروتون 1.673 × 10-27 كيلوجرامًا تقريبًا، أي ضعف كتلة الإلكترون الذري، فإن عدد البروتونات يمثل أيضًا العدد الذري لكل عنصر في الجدول الدوري.
تحدد البروتونات ترتيب العناصر وموقعها في الجدول الدوري، وفي نهاية القرن العشرين، انتشرت بعض المعتقدات بين العلماء بأن البروتونات هي جسيمات أولية لا تحتوي على شيء داخلها وغير قابلة للتجزئة.
قاد هذا بعض الفيزيائيين إلى البحث عن بنية البروتونات، حيث قاموا بتصنيف البروتونات بين الباريونات، وهي جسيمات صغيرة جدًا تتكون من ثلاثة جسيمات أساسية تُعرف باسم الكواركات.
حيث تشكل هذه الكواركات بروتونات، اثنان منها في الأعلى وواحد في الأسفل، وقد اكتشف الفيزيائي رذرفورد البروتونات.

2- النيوترونات

إنها أجسام صغيرة دون ذرية توجد في نوى جميع العناصر الفيزيائية باستثناء عنصر الهيدروجين المشترك، حيث يوجد بروتين واحد فقط داخل نواتها.
تعتبر النيوترونات ليس لها شحنة كهربائية وتبلغ كتلتها حوالي 1.67493 × 10-27 كجم، لذا فهي أكبر قليلاً من كتلة البروتون، أي حوالي 1839 ضعف الكتلة الذرية للإلكترون.
يُطلق على كل من النيوترونات والبروتونات اسم نيوكليونات لأنها توجد في مساحة صغيرة جدًا تُعرف بالنواة، ويحتل هذا الفضاء حوالي 99.9٪ من كتلة الذرة.
استمر الاعتقاد بأن النيوترونات كائنات أولية حتى وضع الفيزيائيون حدًا لهذا المفهوم الخاطئ في نهاية القرن الماضي.
تقع النيوترونات في مجموعة الباريونات، والتي تتكون من ثلاثة كواركات تختلف عن البروتونات في ترتيبها، اثنان منها يقعان أدناه وواحد أعلاه.

3- الإلكترونات

إنها جسيمات ذات شحنة كهربائية سالبة. تعتبر الإلكترونات جسيمات أولية وأساسية لأنها بصرف النظر عن كونها غير قابلة للتجزئة، فهي خالية من أي مكون.
اكتشف الفيزيائي طومسون الإلكترونات من خلال دراسة أشعة الكاثود، وساعد اكتشاف الإلكترونات في معرفة التركيب الذري للنواة.
تدور الإلكترونات حول النواة في مدارات مختلفة تعرف بمستويات الطاقة. الإلكترونات من بين أخف الجسيمات في الذرة.
عندما يُزال إلكترون من مداره حول النواة، تصبح الذرة في هذه الحالة بطيئة وتسمى أيونًا.
بالإضافة إلى ذلك، توجد الإلكترونات في حالة من المادة المعروفة باسم البلازما، وتتأين بحرية دون أن ترتبط بمداراتها في مستويات الطاقة.
تصنف الإلكترونات وفقًا لمجموعة الفرميونات التي تم وصف سلوكها بواسطة إحصائيات فيرمي ديراك.

4- النموذج الذري

تتكون معظم المواد من جزيئات يمكن فصلها بسهولة عن بعضها البعض، وتتكون هذه الجزيئات من مجموعة من الذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية يصعب فصلها عن بعضها البعض.
بينما تتكون كل ذرة من مجموعة من الإلكترونات ونواة، كل منهما متصلة ببعضها البعض بواسطة قوة كهربائية كبيرة، ولكي تنفصل عن بعضها البعض، يجب أن تكتسب الإلكترونات طاقة كهربائية كبيرة حتى تتمكن من ذلك. ترك مستويات الطاقة المدارية الخاصة بهم.

قصة اصل الذرة

الفيلسوف ديموقريطس بي سي اقترح 440 أن كل مادة في الكون تتكون من مجموعة من الجسيمات الصغيرة التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، وأن هذه الجسيمات لا يمكن فصلها.
أطلق ديموقريطوس على هذه الجسيمات ذرات، إلى جانب حقيقة أن الكون بأكمله يحتوي على عدد كبير من الذرات التي هي في حالة حركة ثابتة.
جميع الذرات مرتبطة ببعضها البعض لتكوين مادة، لكنها لا تندمج مع بعضها البعض.
في ذلك الوقت، قدم العالم ديموقريطوس نظريته إلى العالم، لكنها رفضت بشكل خاص من قبل الفيلسوف أرسطو، الذي كان يعتقد أن كل شيء في هذا الكون يتكون من الماء والهواء والنار.
في عام 1803، قدم الكيميائي البريطاني جون دالتون نظريته الذرية، والتي درسها وصاغ فرضياتها من خلال دراسة أفكار ديموقريطس.
تتضمن نظرية دالتون الفيزيائية أن جميع ذرات عنصر واحد متشابهة، بينما تختلف العناصر الفيزيائية عن بعضها البعض في الوزن والخصائص الفيزيائية، وتتكون المادة من مجموعة من الذرات متحدة مع بعضها البعض.
في عام 1897، أثبت الفيزيائي طومسون، الذي اكتشف الإلكترون، أن الذرة قابلة للقسمة، وفي نفس العام قدم مثالًا لفطيرة الزبيب.
حيث يوضح هذا النموذج أن الذرة عبارة عن كرة موجبة الشحنة بداخلها جزيئات سالبة الشحنة، مثل الزبيب المنتشر على وجه فطيرة، تصبح الذرة محايدة وفقًا لذلك.
في عام 1911، طور رذرفورد ونشر نظريته الذرية، والتي تنص على أن الذرة تتكون من نواة موجبة الشحنة ومتناهية الصغر تدور حولها الإلكترونات السالبة في منطقة صغيرة جدًا، بينما يصبح فضاء الذرة فارغًا تمامًا.
ثم اكتشف الفيزيائي نيلز بور خصائص الإلكترونات، ثم طور الجنرال شرودنغر النموذج الكمي للذرة.
في غضون ذلك، أوضح العالم ويرنر أنه لا يمكن تحديد سرعة وموقع الإلكترون في نفس الوقت.

حجم الذرة

يعد تحديد حجم ثابت للذرة من أصعب الأمور التي يمكن تحقيقها لأن مسارات الإلكترون متحركة وليست ثابتة في موقع معين، بل تختلف المسارات باختلاف عدد الإلكترونات الملتفة حولها.
بالإضافة إلى ذلك، تم تحويل عدد كبير من الذرات فائقة الصغر إلى بلورات صلبة صغيرة من خلال بعض الوسائل التقنية المتطورة، بهدف تقريب النواتين من بعضهما البعض.
يختلف حجم الذرة بين العناصر المختلفة الموجودة في الجدول الدوري بسبب جاذبية الشحنات الموجبة الموجودة داخل الإلكترونات.

الخصائص الرئيسية للذرة

توجد العديد من الخصائص الأساسية للذرة، وهذه الخصائص تحدد خصائص وسلوك الذرة، ومنها:

1 – العدد الذري

يعتبر العدد الذري من أهم خصائص الذرة، وهذا الرقم هو عدد الشحنات الكهربائية الموجبة في النواة، أي عدد البروتونات.
بالإضافة إلى ذلك، يمثل العدد الذري عدد الإلكترونات في الذرة ذات الشحنات الكهربائية المتعادلة، على سبيل المثال، العدد الذري للكربون هو 6، والعدد الذري لليورانيوم هو 92.
يرتبط عدد الإلكترونات ارتباطًا وثيقًا بالتفاعلات الكيميائية، لذا فإن العدد الذري للعناصر مهم جدًا في هذه التفاعلات الكيميائية.

2- الكتلة الذرية

إنه مجموع عدد الشحنات الموجبة، وهي البروتونات، وعدد النيوترونات الموجودة في النواة، كما يتم قياسها بوحدات الكتلة الذرية، والتي تساوي نصف كتلة ذرة الكربون.
كتلة الذرة أكبر من الكتلة الذرية لأن كتلة الذرة تتكون من كتلة النواة وكتلة الإلكترونات، وهي صغيرة مقارنة بكتلة كل من النيوترونات والبروتونات.

أهم خصائص الذرة

من أهم خصائص الذرة أنها تصل إلى حالة مستقرة عندما تفقد أو تكتسب إلكترونات وعندما تشترك في تلك الإلكترونات.
لا تفقد الذرات أو تكتسب أي إلكترونات أثناء التفاعل، خاصة إذا كان لديها أربعة إلكترونات في المدار الأخير.
عندما تتفاعل الذرات التي تحتوي على إلكترون واحد أو اثنين أو ثلاثة في مدارها الأخير مع الذرات التي تحتوي على خمسة إلى سبعة إلكترونات في مدارها الأخير، ستفقد هذه الذرة تلك الإلكترونات لإكمال عملية التفاعل.
أما بالنسبة للذرات التي تحتوي على خمسة إلى سبعة إلكترونات في مداراتها الأخيرة، فإنها تكتسب إلكترونات عندما تتفاعل مع ذرات أخرى تحتوي مداراتها على إلكترون واحد أو اثنين أو ثلاثة.

في نهاية المقال حول بنية الذرة وتاريخها وأصلها، سنقدم كل شيء عن الذرة وتكوينها وسنة نشأتها وأهم الخصائص التي تميزها.