مكونات الذرة

مكونات الذرة



اكتشاف مكونات الذرة




تعلم أن الذرة ليست أصغر جزء من المادة فهي تحتوي الكترونات وبروتونات ونيوترونات .
ولكن كيف تم اكتشاف كل مكون من مكونات الذرة



لم يكن لمفهوم الإلكترون أن يظهر لولا اعلان اليساندرو فولتا Allesandro Volta
في العشرين من آذار مارس عام 1800 عن اختراعه لعمود فولتا ، وهو الصورة البدائية
للعمود الجاف (البطارية) ، عندما جمع بين معدنين مختلفين ، هما الخارصين والفضة
بعد أن فصل بينهما بقطعة من قماش بللها في محلول من ملح ، وربط هذا الزوج بمثله ثم بمثله
فلما تسلسلت ، أعطت السلسلة تياراً كهربائياً ضعيفاً ، تزداد قوته بزيادة طول السلسلة .





أوقد هذا الاختراع شعلة في رأس جونز برزيليوس Jons Berzelius
وأخذ يعمل على امرار الكهرباء القادمة من عمود فولتا خلال محاليل المركبات
وأعلن بعد عامين من اختراع عمود فولتا أن العناصر المعدنية (الأيونات الموجبة من محلول المركب بالمفهوم الحديث)
تذهب دائماً الى القطب السالب المربوط بعمود فولتا ، بينما العناصر غير المعدنية
(الأيونات السالبة من محلول المركب بالمفهوم الحديث) تذهب دائماً الى القطب الموجب .





عام 1806 قام الشاب الإنجليزي همفري دافي Humphry Davy
في معمله بصنع بطارية فولتية قوية من النحاس ، وفي أكتوبر تشرين أول
من ذلك العام أجرى الطاقة الكهربائية التي جاءت من مائة وخمسين عموداً في وعاء
يحتوي على البوتاس السائح ، وبعد برهه ظهرت كرات من مادة كالفضة
على الطرف السالب من سلك البلاتين المتصل بالبطارية ، لم تلبث أن اشتعلت من ذات نفسها
ولم يكن هذا العنصر الذي فصله إلا عنصر البوتاسيوم.

وبذلك الكشف يكون دافي قد فتح باباً واسعاً للكيميائيين لاستخلاص العناصر.




مكونــــــــات الـــــــــــذرة.

1- النـواة : وهي صغيرة الحجم موجبة الشحنة وثقيلة الوزن بالنسبة لباقي مكونات الذرة .

2- المحيط الخارجي : وهو عبارة عن مجموعـة مستويات تتحـرك فيها الإلكترونات حول النواة
بسرعة هائلة ، والمحيط الخارجي كبير الحجم مقارنة بالنواة وسالب الشحنة وخفيف الوزن
أي أن صفاته تعاكس صفات النواة ويجب أن يذكر من الآن أننا عند الرسم على الورق
لا نستطيع أن نراعي نسبة حجم النواة إلى حجم المحيط وهي 1 : 10000 .

تحوي النواة نوعين من الدقائق هي :
1- البروتونات (Protons) : المقطع (Proto) يعني الأصل أو الأساس ،
وهذا هو المكون الأولي للذرة والمسؤول عن خواصها ، والبروتونات دقائق تحمل شحنة موجبة (+) وثقيلة الوزن .


2- النيوترونات (Neutrons ) : هذه الدقيقة متعادلة ولا تحمل شحنة وهذا هو معنى كلمة نيوترون .
النيوترونات هي اثقل دقائق الذرة وزنـاً فـوزن النيوترون اكبر بمقدار ضئيل من وزن البروتون .
أما مستويـات المحيط الخارجي فتتحرك فيها دقائق من نـوع ثالث هي الإلكترونات
(Electrons) ومقطع (Electo ) معناه ( كهربائي ) ، والإلكترون دقيقة تحمل شحنة
سالبة (-) معادلة بالضبط لشحنة البروتون الموجبة ، أما وزنه فهو خفيف جدا ويعادل
1/1836 من وزن البروتون .

فيما يلي أشكال توضيحية لثلاث ذرات متعادلة لثلاث عناصر معروفة.







حجــــــــم الــــــــذرة.

لا يمكن تحديد حجم الذرة بسهولة حيث أن المدارات الإلكترونية ليست ثابتة
ويتغير حجمها بدوران الإلكترون فيها . ولكن بالنسبة للذرات التى تكون فى شكل بللورات صلبة
يمكن تحديد المسافة بين نواتين متجاورتين وبالتالى يمكن عمل حساب تقديري لحجم النواة
والذرات التى لا تشكل بللورات صلبة يتم إستخدام تقنيات أخرى تتضمن حسابات تقديرية.

فمثلا حجم ذرة الهيدروجين تم حسابها تقريبيا على أنه 1.2× 10-10 م .
بالمقارنة بحجم البروتون وهو الجسيم الوحيد فى نواة ذرة الهيدروجين 0.87× 10-15 م .
وعلى هذا فإن النسبة بين حجم ذرة الهيدروجين وحجم نواتها تقريبا 100,000 .







سر تماسك النواة

القوة التي تتمتع بها النواة تعمل على ربط أجزاء النواة في نقطة واحدة وذلك بغض النظر
عن عدد البروتونات الموجودة في النواة و تعتبر هذه القوة واحدة من أقوى أربع قوى في الطبيعة .

صنفت القوى الأساسية في الطبيعة إلى أربع قوى هي : القوى النووية الشديدة - القوى النووية الضعيفة
القوى الكهرطيسية - القوى الثقالية .

تسمى هذه القوة بالقوة النووية nuclear force وهي من النوع الشديد ألا أن هذه القوة
ذات مدى صغير للغاية ويقدر بالفيرمي(F) – وهي وحدة قياس الأبعاد النووية حيث :

1F=10^-13(cm)=10^-15(m)

وتجدر الإشارة أنه بعد هذه المسافة أي ( 2F ) كحد أقصى تصبح القوة التنافرية repulsive force
هي المسيطرة والتي تعمل كحاجز كولوني يصد اقتراب أي جسيم من النوة .

إذاً القوة النووية تعمل على جذب النكليونات معاً وهذه القوة مستقلة عن نوع *****لون
سواءً كان بروتون أو نيوترون , وإن الأجزاء غير المتلامسة لا تؤثر على بعضها أبداً.

إن القوة النووية الشديدة تختلف من نواة إلى أخرى , فتكون هذه القوة من اجل النوى المتوسطة
(( Z>25 وz<70 )) ومن أجل النوى الثقيلة تكون أقل.

إذاً نستنتج انه بزيادة عدد البروتونات في النواة يؤدي إلى زيادة قوى التنافر وذلك على حساب القوى النووية
وتسمى هذه القوى التنافرية بالقوى الكولونية coulomb force وهي تعاكس في اتجاهها القوى النووية
وهي تتناقص مع البعد الوسطي بين البروتونات ,هذا البعد يلاحظ بزيادة عدد النيوترونات حول البروتون

وأنه من اجل كل نواة ذرة ذات عدد محدد من البروتونات هنالك عدد أصغري من النيوترونات
لكي لا تصبح قوة كولون كبيرة وبالتالي يؤدي إلى تحطم النواة.




رحلة الذرة التاريخية (صورة)








النشاط الإشعاعي للمواد المشعة.

النشاط الإشعاعي للمواد المشعة Radioactivity هو التحلل الذاتي لنواة ذرة المادة المشعة
وهذا التحلل يختلف من مادة لأخرى ليعطي نوعيات مختلفة من الإشعاعات مثل إشعاع بيتا
أو إشعاع جاما.

والنواة تحتوي على البروتونات والنيترونات وتحاط بالالكترونات التي تدور حول النواة
ومن المعروف أن الالكترونات تحتوي على شحنة سالبة وأن البروتونات تحتوي على
شحنة موجبة أما النيترونات فهي متعادلة.