منتالبيس

الذرة

الذرة

الذرة ، أصغر وحدة يمكن تقسيم المادة إليها دون إطلاق جسيمات مشحونة كهربائيًا. كما أنها أصغر وحدة للمادة التي لها خصائص مميزة للعنصر الكيميائي. على هذا النحو ، الذرة هي اللبنة الأساسية للكيمياء.

معظم الذرة مساحة فارغة. يتكون الباقي من نواة موجبة الشحنة من البروتونات والنيوترونات محاطة بسحابة من الإلكترونات سالبة الشحنة. النواة صغيرة وكثيفة مقارنة بالإلكترونات ، وهي أخف الجسيمات المشحونة في الطبيعة. تنجذب الإلكترونات إلى أي شحنة موجبة من خلال قوتها الكهربائية ؛ في الذرة ، تربط القوى الكهربائية الإلكترونات بالنواة.


بسبب طبيعة ميكانيكا الكم ، لم تكن هناك صورة واحدة مرضية تمامًا في تصور الخصائص المختلفة للذرة ، مما يجبر الفيزيائيين على استخدام صور تكميلية للذرة لشرح الخصائص المختلفة. في بعض النواحي ، تتصرف الإلكترونات في الذرة مثل الجسيمات التي تدور حول النواة. في حالات أخرى ، تتصرف الإلكترونات مثل الموجات المتجمدة في مكانها حول النواة. تصف أنماط الموجات هذه ، التي تسمى المدارات ، توزيع الإلكترونات الفردية. يتأثر سلوك الذرة بشدة بهذه الخصائص المدارية ، ويتم تحديد خصائصها الكيميائية من خلال التجمعات المدارية المعروفة باسم الأصداف.




النموذج الذري


تتكون معظم المادة من تكتل الجزيئات ، والتي يمكن فصلها بسهولة نسبية. وتتكون الجزيئات بدورها من ذرات مترابطة بروابط كيميائية يصعب تحطيمها. تتكون كل ذرة فردية من جسيمات أصغر - وهي الإلكترونات والنويات. هذه الجسيمات مشحونة كهربائيًا ، والقوى الكهربائية الموجودة على الشحنة مسؤولة عن تثبيت الذرة معًا. تتطلب محاولات فصل هذه الجسيمات المكونة الأصغر كميات متزايدة من الطاقة وتؤدي إلى إنشاء جسيمات دون ذرية جديدة ، يتم شحن الكثير منها.




هيكل الذرة

تحتوي الذرة على نواة ، ثم سلسلة من الدوائر المدارية التي تحيط بهذه النواة تشبه بنية النظام الشمسي.
تكمن البروتونات والنيوترونات في النواة.
الإلكترونات في المدارات.
تحدد كمية البروتونات في نواة الذرة عددها الذري.


الهيدروجين والهيليوم أمثلة على العناصر التي لها ذرة.



نواة

تم اكتشاف النواة في عام 1911 من قبل إرنست رذرفورد ، فيزيائي من نيوزيلندا. في عام 1920 ، اقترح رذرفورد  اسم بروتون للجسيمات الموجبة الشحنة من الذرة. كما افترض أن هناك جسيمًا محايدًا داخل النواة ، والذي تمكن جيمس شادويك ، وهو فيزيائي بريطاني وطالب من رذرفورد ، من تأكيده في عام 1932.

عمليا كل كتلة الذرة موجودة في نواتها ، وفقا لـ Chemistry LibreText. البروتونات والنيوترونات التي تتكون منها النواة هي نفس الكتلة تقريبًا (البروتون أقل قليلاً) ولها نفس الزخم الزاوي أو الدوران.


النواة متماسكة معًا بقوة قوية ، إحدى القوى الأربع الأساسية في الطبيعة. هذه القوة بين البروتونات والنيوترونات تتغلب على القوة الكهربائية البغيضة التي كانت ستدفع البروتونات إلى التباعد ، وفقًا لقواعد الكهرباء. بعض النوى الذرية غير مستقرة لأن قوة الربط تختلف باختلاف الذرات بناءً على حجم النواة. ثم تتحلل هذه الذرات إلى عناصر أخرى ، مثل تحلل الكربون 14 إلى النيتروجين 14.





البروتونات

البروتونات هي جسيمات موجبة الشحنة موجودة داخل النوى الذرية. اكتشفها رذرفورد في تجارب مع أنابيب أشعة الكاثود أجريت بين عامي 1911 و 1919. تبلغ البروتونات حوالي 99.86٪ من الكتلة مثل النيوترونات.

عدد البروتونات في الذرة فريد لكل عنصر. على سبيل المثال ، تحتوي ذرات الكربون على ستة بروتونات ، وذرات الهيدروجين واحدة ، وذرات الأكسجين ثمانية. يشار إلى عدد البروتونات في الذرة باسم العدد الذري لهذا العنصر. يحدد عدد البروتونات أيضًا السلوك الكيميائي للعنصر. العناصر مرتبة في الجدول الدوري للعناصر من أجل زيادة العدد الذري.




الإلكترونات

الإلكترونات صغيرة مقارنة بالبروتونات والنيوترونات ، أصغر من 1800 بروتون أو نيوترون. الإلكترونات حجمها حوالي 0.054٪ مثل النيوترونات ، وفقًا لمختبر جيفرسون.

اكتشف عالم الفيزياء البريطاني جوزيف جون طومسون الإلكترون في عام 1897 ، وفقًا لمعهد تاريخ العلوم. تُعرف الإلكترونات في الأصل باسم "الجسيمات" ، ولها شحنة سالبة وتنجذب كهربائيًا إلى البروتونات ذات الشحنة الموجبة. تحيط الإلكترونات بالنواة الذرية في مسارات تسمى المدارات ، وهي فكرة طرحها إروين شرودنغر ، الفيزيائي النمساوي ، في عشرينيات القرن العشرين. اليوم ، يُعرف هذا النموذج باسم النموذج الكمي أو نموذج السحابة الإلكترونية. المدارات الداخلية المحيطة بالذرة كروية لكن المدارات الخارجية أكثر تعقيدًا.

يشير تكوين إلكترون الذرة إلى مواقع الإلكترونات في ذرة نموذجية. باستخدام تكوين الإلكترون ومبادئ الفيزياء ، يمكن للكيميائيين التنبؤ بخصائص الذرة ، مثل الثبات ونقطة الغليان والتوصيل ، وفقًا لمختبر  Los Alamos National Laboratory.

النيوترونات

وفقًا لجمعية الفيزيائيين الأمريكية ، تم وضع نظرية وجود النيوترون من قبل روثرفورد في عام 1920 واكتشفتها تشادويك في عام 1932. تم العثور على النيوترونات أثناء التجارب عندما تم إطلاق الذرات على ورقة رقيقة من البريليوم. تم إطلاق الجسيمات دون الذرية بدون شحنة - النيوترون.

النيوترونات هي جسيمات غير مشحونة توجد في جميع النوى الذرية (باستثناء الهيدروجين). تكون كتلة النيوترون أكبر قليلاً من كتلة البروتون. مثل البروتونات ، تتكون النيوترونات أيضًا من الكواركات - كوارك "علوي" (مع شحنة موجبة 2/3) وكواركين "سفلي" (لكل منهما شحنة ثلث سلبية).

خصائص الذرات 

توجد العديد من الخصائص المهمّة للذرات، وهي التي تحدد صفاتها وسلوكها، ومن هذه الخصائص:

العدد الذري:

تحتوي الذرات المحايدة لعنصر ما على عدد متساو من البروتونات والإلكترونات. يحدد عدد البروتونات العدد الذري للعنصر (Z) ويميز أحد العناصر عن الآخر. على سبيل المثال ، الرقم الذري للكربون (Z) هو 6 لأنه يحتوي على 6 بروتونات. يمكن أن يختلف عدد النيوترونات لإنتاج نظائر ، وهي ذرات من نفس العنصر تحتوي على أعداد مختلفة من النيوترونات. يمكن أن يكون عدد الإلكترونات مختلفًا أيضًا في ذرات العنصر نفسه ، وبالتالي إنتاج أيونات (ذرات مشحونة). على سبيل المثال ، يمكن أن يوجد الحديد ، Fe ، في حالته المحايدة ، أو في حالات +2 و +3 الأيونية.

العدد الكتلى:

عدد كتلة العنصر (A) هو مجموع عدد البروتونات وعدد النيوترونات. يتم تجاهل المساهمة الصغيرة للكتلة من الإلكترونات في حساب عدد الكتلة. يمكن استخدام هذا التقريب للكتلة لحساب عدد النيوترونات التي يحتوي عليها العنصر بسهولة عن طريق طرح عدد البروتونات من عدد الكتلة. تزن البروتونات والنيوترونات حوالي وحدة كتلة ذرية أو amu. النظائر من نفس العنصر سيكون لها نفس العدد الذري ولكن أعداد كتل مختلفة.

الذرة