ما هي الذرة؟ »تعريفها ومعناها

و الذرة هي أصغر وحدة من الجسيمات الموجودة كمادة بسيطة ، والقدرة على التدخل في مزيج كيميائي. على مر القرون ، كانت المعرفة المحدودة حول الذرة مجرد موضوع التخمين والافتراضات ، لذلك لا يمكن الحصول على البيانات الملموسة إلا بعد سنوات عديدة. في القرنين الثامن عشر والتاسع عشر ، اقترح العالم الإنجليزي جون دالتون وجود الذرات كوحدة صغيرة للغاية ، تتكون منها كل المواد ، ويخصص لها كتلة ويمثلها على أنها كرات صلبة وغير قابلة للتجزئة.

ما هي الذرة

جدول المحتويات

إنها الحد الأدنى من وحدة المادة التي تتكون منها المواد الصلبة والسوائل والغازات. يتم تجميع الذرات معًا ، لتكون قادرة على أن تكون من نفس النوع أو مختلفة ، لتكوين جزيئات ، والتي بدورها تشكل المادة التي تتكون منها الأجسام الموجودة. ومع ذلك ، فقد قرر العلماء أن 5٪ فقط من المادة في الكون تتكون من الذرات ، لأن المادة المظلمة (التي تحتل أكثر من 20٪ من الكون) تتكون من جسيمات غير معروفة ، بالإضافة إلى الطاقة المظلمة (التي تحتل 70٪).

يأتي اسمها من الكلمة اللاتينية atomus ، والتي تعني "غير قابلة للتجزئة" ، وأولئك الذين أطلقوا عليها هذا المصطلح هم الفلاسفة اليونانيون Democritus (460-370 قبل الميلاد) و Epicurus (341-270 قبل الميلاد).

هؤلاء الفلاسفة ، الذين ، دون أن يجربوا ، في البحث عن إجابة لسؤال ما نتألف منه وتفسير الواقع ، خلصوا إلى أنه من المستحيل تقسيم المادة إلى ما لا نهاية ، وأنه يجب أن يكون هناك "قمة" ، مما يعني أن كان سيصل إلى الحد الأدنى لما تتكون منه كل الأشياء. لقد أطلقوا على هذا "القمة" ذرة ، حيث أن الحد الأدنى من الجسيمات لم يعد من الممكن تقسيمه وسيتكون الكون من ذلك ، ويجب إضافة أن هذا المفهوم لا يزال محفوظًا حتى اليوم عند الحديث عن ماهية الذرة.

وهي مكونة من نواة ، حيث يوجد على الأقل بروتون واحد ونفس عدد النيوترونات (التي يُطلق على اتحادها "نيوكليون") ، وتوجد 99.94٪ على الأقل من كتلتها في النواة المذكورة. تتكون نسبة 0.06٪ المتبقية من الإلكترونات التي تدور حول النواة. إذا كان عدد الإلكترونات والبروتونات هو نفسه ، فإن الذرة تكون متعادلة كهربائيًا ؛ إذا كانت تحتوي على إلكترونات أكثر من البروتونات ، فستكون شحنتها سالبة ويتم تحديدها على أنها أنيون ؛ وإذا تجاوز عدد البروتونات الإلكترونات ، فإن شحنتها ستكون موجبة ، وتسمى الكاتيون.

حجمها صغير جدًا (حوالي واحد من عشرة بلايين من المتر) بحيث إذا تم تقسيم الجسم عددًا كبيرًا من المرات ، فلن يكون هناك أي مادة مصنوعة منها ، لكن ذرات العناصر ستبقى كذلك ، معًا ، قاموا بتشكيلها ، وهي غير مرئية عمليًا. ومع ذلك ، ليست كل أنواع الذرات لها نفس الشكل والحجم ، لأنها ستعتمد على عدة عوامل.

عناصر الذرة

تحتوي الذرات على مكونات أخرى تشكلها تسمى الجسيمات دون الذرية ، والتي لا يمكن أن توجد بشكل مستقل ، إلا في ظل ظروف خاصة وخاضعة للرقابة. وهذه الجسيمات هي: الإلكترونات التي لها شحنة سالبة. البروتونات موجبة الشحنة ؛ والنيوترونات المتساوية شحنتها ، مما يجعلها متعادلة كهربائيًا. تم العثور على البروتونات والنيوترونات في نواة (مركز) الذرة ، وتشكل ما يعرف بالنواة ، والإلكترونات تدور حول النواة.

البروتونات

هذا الجسيم موجود في نواة الذرة ، ويشكل جزءًا من النكليونات ، وتكون شحنته موجبة. إنها تساهم بحوالي 50٪ من كتلة الذرة ، وتساوي كتلتها 1836 ضعف كتلة الإلكترون. ومع ذلك ، لديهم كتلة أقل بقليل من النيوترونات. البروتون ليس جسيمًا أوليًا ، لأنه يتكون من ثلاثة كواركات (وهو نوع من الفرميون ، أحد الجسيمين الأوليين الموجودين).

عدد البروتونات في الذرة أمر حاسم في تحديد نوع العنصر. على سبيل المثال ، تحتوي ذرة الكربون على ستة بروتونات ، بينما تحتوي ذرة الهيدروجين على بروتون واحد فقط.

الإلكترونات

إنها الجسيمات السلبية التي تدور حول نواة الذرة. كتلته صغيرة جدًا لدرجة أنه يمكن التخلص منها. عادةً ما يكون عدد الإلكترونات في الذرة هو نفسه البروتونات ، لذلك تلغي الشحنتان بعضهما البعض.

ترتبط إلكترونات الذرات المختلفة بقوة كولوم (إلكتروستاتيكية) ، وعند مشاركتها وتبادلها من ذرة إلى أخرى ، فإنها تسبب الروابط الكيميائية. هناك إلكترونات يمكن أن تكون حرة ، دون أن تتصل بأي ذرة ؛ وتلك المرتبطة بواحد يمكن أن يكون لها مدارات ذات أحجام مختلفة (كلما زاد نصف قطر المدار ، زادت الطاقة الموجودة فيه).

الإلكترون جسيم أولي ، لأنه نوع من الفرميون (اللبتونات) ، ولا يتكون من أي عنصر آخر.

نيوترونات

إنه الجسيم المحايد الذري للذرة ، أي أنه يحتوي على نفس الكمية من الشحنة الموجبة والسالبة. كتلته أعلى بقليل من كتلة البروتونات التي تشكل بها نواة الذرة.

مثل البروتونات ، تتكون النيوترونات من ثلاثة كواركات: اثنان من الكواركات النازلة أو السفلية بشحنة -1/3 وواحد تصاعدي أو أعلى بشحنة +2/3 ، مما ينتج عنه شحنة إجمالية قدرها صفر ، مما يمنحها الحياد. لا يمكن أن يوجد نيوترون في حد ذاته خارج النواة ، لأن متوسط ​​عمره خارج النواة يبلغ حوالي 15 دقيقة.

كمية النيوترونات في الذرة لا تحدد طبيعتها ، ما لم تكن نظيرًا.

النظائر

إنها نوع من الذرات ، التي يكون تركيبها النووي غير عادل ؛ أي أنه يحتوي على نفس عدد البروتونات ولكن عدد مختلف من النيوترونات. في هذه الحالة ، ستكون الذرات التي يتكون منها العنصر نفسه مختلفة ، متمايزة بعدد النيوترونات التي تحتوي عليها.

هناك نوعان من النظائر:

• طبيعي ، موجود في الطبيعة ، مثل ذرة الهيدروجين ، التي تحتوي على ثلاثة (بروتيوم ، ديوتيريوم وتريتيوم) ؛ أو ذرة الكربون ، التي تحتوي أيضًا على ثلاثة (كربون -12 ، كربون -13 ، كربون -14 ؛ لكل منها مرافق مختلفة).
• الاصطناعية ، والتي يتم إنتاجها في بيئات خاضعة للرقابة ، حيث يتم قصف الجسيمات دون الذرية ، كونها غير مستقرة ومشعة.

هناك نظائر مستقرة ، لكن هذا الاستقرار نسبي ، لأنه على الرغم من أنها مشعة بنفس الطريقة ، فإن فترة تفككها طويلة مقارنة بوجود الكوكب.

كيف يتم تعريف عناصر الذرة

سيتم تمييز الذرة أو تعريفها بعدة عوامل ، وهي:

• كمية البروتونات: يمكن أن يؤدي الاختلاف في هذا الرقم إلى عنصر مختلف ، لأنه يحدد العنصر الكيميائي الذي ينتمي إليه.
• عدد النيوترونات: يحدد نظير العنصر.

القوة التي تجذب بها البروتونات الإلكترونات هي القوة الكهرومغناطيسية. في حين أن الذي يجذب البروتونات والنيوترونات هو النووي ، الذي تكون شدته أكبر من الأول ، والذي يصد البروتونات موجبة الشحنة عن بعضها البعض.

إذا كان عدد البروتونات في الذرة مرتفعًا ، فإن القوة الكهرومغناطيسية التي تصدها ستصبح أقوى من القوة النووية ، فهناك احتمال أن يتم طرد النوى من النواة ، مما ينتج عنه تفكك نووي ، أو ما يعرف أيضًا بالنشاط الإشعاعي ؛ لينتج لاحقًا التحويل النووي ، وهو تحويل عنصر إلى آخر (الكيمياء).

ما هو النموذج الذري

إنه مخطط يساعد في تحديد ماهية الذرة وتكوينها وتوزيعها والخصائص التي تقدمها. منذ ولادة المصطلح ، تم تطوير نماذج ذرية مختلفة ، مما سمح لنا بفهم أفضل لهيكل المادة.

النماذج الذرية الأكثر تمثيلا هي:

نموذج بوهر الذري

استوحى الفيزيائي الدنماركي نيلز بور (1885-1962) ، بعد دراساته مع أستاذه الكيميائي والفيزيائي إرنست رذرفورد ، من نموذج الأخير لفضح نموذجه الخاص ، آخذًا ذرة الهيدروجين كدليل.

يتكون نموذج بوهر الذري من نوع من نظام الكواكب ، حيث تكون النواة في المركز وتتحرك الإلكترونات حولها مثل الكواكب ، في مدارات مستقرة ودائرية ، حيث يخزن الأكبر طاقة أكثر. يتضمن امتصاص وانبعاث الغازات ، نظرية تكميم ماكس بلانك والتأثير الكهروضوئي لـ

البرت اينشتاين

يمكن للإلكترونات أن تقفز من مدار إلى آخر: إذا انتقلت من مدار ذي طاقة أقل إلى مدار آخر ذي طاقة أعلى ، فسوف تزيد كمية الطاقة لكل مدار تصل إليه ؛ يحدث العكس عندما ينتقل من طاقة أعلى إلى طاقة أقل ، حيث لا يتناقص فقط ، بل يفقده أيضًا في شكل إشعاع مثل الضوء (الفوتون).

ومع ذلك ، فإن نموذج بوهر الذري يحتوي على عيوب ، لأنه لم يكن قابلاً للتطبيق على أنواع أخرى من الذرات.

نموذج دالتون الذري

كان جون دالتون (1766-1844) ، عالم رياضيات وكيميائي ، رائدًا في نشر نموذج ذري ذي أساس علمي ، ذكر فيه أن الذرات تشبه كرات البلياردو ، أي كروية.

يثبت نموذج دالتون الذري في نهجه (الذي أطلق عليه "النظرية الذرية") أن الذرات لا يمكن تقسيمها. كما أنه يثبت أن ذرات نفس العنصر لها صفات متطابقة ، بما في ذلك وزنها وكتلتها ؛ على الرغم من إمكانية دمجها ، إلا أنها تظل غير قابلة للتجزئة بعلاقات بسيطة ؛ وأنه يمكن دمجها بنسب مختلفة مع أنواع أخرى من الذرات لتكوين مركبات مختلفة (اتحاد نوعين أو أكثر من الذرات).

كان هذا النموذج الذري لدالتون غير متسق ، لأنه لم يفسر وجود الجسيمات دون الذرية ، لأن وجود الإلكترون والبروتون غير معروف. كما لا يمكنها تفسير ظاهرة النشاط الإشعاعي أو تيار الإلكترونات (أشعة الكاثود) ؛ علاوة على ذلك ، فإنه لا يأخذ في الاعتبار النظائر (ذرات من نفس العنصر ذات كتلة مختلفة).

نموذج رذرفورد الذري

نشأ هذا النموذج من قبل الفيزيائي والكيميائي إرنست رذرفورد (1871-1937) ، وهو تشبيه بالنظام الشمسي. يثبت نموذج رذرفورد الذري أن أعلى نسبة من كتلة الذرة وجزءها الإيجابي موجودان في نواتها (المركز) ؛ والجزء السالب أو الإلكترونات ، يدوران حوله في مدارات بيضاوية أو دائرية ، مع فراغ بينهما. وبذلك أصبح أول نموذج يفصل الذرة إلى نواة وقشرة.

أجرى الفيزيائي تجارب ، قام فيها بحساب زاوية تشتت الجسيمات عند اصطدامها برقائق ذهبية ، ولاحظ ارتداد بعضها بزوايا غير متطابقة ، واستنتج أن نواتها يجب أن تكون صغيرة ولكن ذات كثافة كبيرة. بفضل رذرفورد ، الذي كان طالبًا في JJ Thomson ، كانت الفكرة الأولى عن وجود النيوترونات موجودة أيضًا. ومن الإنجازات الأخرى طرح أسئلة حول كيفية بقاء الشحنات الموجبة في النواة معًا في مثل هذا الحجم الصغير ، مما أدى لاحقًا إلى اكتشاف أحد التفاعلات الأساسية: القوة النووية القوية.

كان نموذج رذرفورد الذري غير متسق ، حيث تناقض مع قوانين ماكسويل بشأن الكهرومغناطيسية. ولم تفسر ظاهرة إشعاع الطاقة في انتقال الإلكترون من حالة الطاقة العالية إلى حالة الطاقة المنخفضة.

نموذج طومسون الذري

تم الكشف عنها من قبل العالم الحائز على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1906 ، جوزيف جون طومسون (1856-1940). يصف نموذج طومسون الذري الذرة بأنها كتلة كروية موجبة الشحنة تحتوي على إلكترونات مدرجة فيها ، مثل حلوى الزبيب. كان عدد الإلكترونات في هذا النموذج كافياً لمعادلة الشحنة الموجبة ، وكان توزيع الكتلة الموجبة والإلكترونات عشوائيًا.

لقد جرب أشعة الكاثود: في أنبوب مفرغ ، قام بتمرير أشعة التيار بصفيحتين ، مما ينتج عنه مجال كهربائي ينحرف عنها. وهكذا قرر أن الكهرباء تتكون من جسيم آخر. اكتشاف وجود الإلكترونات.

ومع ذلك ، كان نموذج طومسون الذري قصيرًا ، ولم يحظ بقبول أكاديمي مطلقًا. كان وصفه للبنية الداخلية للذرة غير صحيح ، وكذلك توزيع الشحنات ، ولم يأخذ في الاعتبار وجود النيوترونات ولم يكن معروفًا عن البروتونات. كما أنه لا يفسر انتظام الجدول الدوري للعناصر.

على الرغم من ذلك ، كانت دراساتهم بمثابة الأساس للاكتشافات اللاحقة ، لأنه من هذا النموذج ، كان معروفًا بوجود جسيمات دون ذرية.

الكتلة الذرية

تمثل الكتلة الكلية للبروتونات والنيوترونات الموجودة في الذرة ، ممثلة بالحرف A ، الكتلة الذرية ، دون أخذ الإلكترونات في الاعتبار ، نظرًا لأن كتلتها صغيرة جدًا بحيث يمكن التخلص منها.

النظائر هي اختلافات في ذرات العنصر نفسه مع نفس عدد البروتونات ، ولكن بعدد مختلف من النيوترونات ، لذا فإن كتلتها الذرية ستكون مختلفة حتى عندما تكون متشابهة جدًا.

العدد الذري

يتم تمثيله بالحرف Z ، ويشير إلى عدد البروتونات الموجودة في الذرة ، وهو نفس عدد الإلكترونات الموجودة فيها. تم ترتيب جدول العناصر الدوري لمندليف لعام 1869 من الأصغر إلى الأكبر وفقًا للعدد الذري.