ما هي الذرة؟
الذرة تُعرف بأنها أصغر وحدة من المادة يمكن الحصول عليها دون إطلاق شحنات كهربائية بعد تجزئتها. تحتوي الذرة على الخصائص المميزة للعناصر الكيميائية التي تمثلها، مما يجعلها تعتبر الوحدة الأساسية للبناء في علم الكيمياء. ومن المهم الإشارة إلى أن مصطلح “ذرة” (بالإنجليزية: Atom) originates from the اليونانية كلمة (بالإنجليزية: Atomos)، والتي تعني “الشيء الذي لا يمكن تقسيمه”.
تاريخ الذرة
تاريخ اكتشاف الذرة يتضمن عدة أحداث مهمة نعرضها في النقاط التالية:
- في عام 450 قبل الميلاد، اقترح الفيلسوف الإغريقي ديمقريطس مفهوم الذرة، إلا أن هذه الفكرة لم تُؤخذ في الاعتبار لقرون طويلة.
- أعاد جون دالتون في عام 1800 تقديم فكرة الذرة حيث قدم أدلة على وجودها وصاغ النظرية الذرية. ورغم صحة معظم افتراضاته، فإن الخطأ الوحيد كان اعتقاده بأن الذرة هي أصغر جزء ممكن في الكون.
- في عام 1897، قام العالم طومسون باكتشاف الإلكترون واقترح نموذج الذرة الخاص به حيث أكد على أن الإلكترونات مبعثرة في بحر من الشحنات الموجبة.
- في عام 1911، اكتشف رذرفورد نواة الذرة، وتبعه اكتشاف البروتونات، مشيراً إلى أن الإلكترونات تدور حول النواة.
تكوين الذرة
تتكون الذرة من البروتونات والنيوترونات ضمن النواة، والإلكترونات التي تحيط بها، لذا تُعتبر النواة الأكثر كثافة في هيكل الذرة. يعتمد التركيب الذري بشكل أساسي على نواة الذرة وتوزيع الإلكترونات حولها. يحدد العدد الذري لعنصر معين عدد البروتونات في ذرته، مع الاختلافات في التركيب الذري التي تمنح كل عنصر خصائصه الفيزيائية والكيميائية الفريدة. تُعرف الجسيمات التي تشكل الذرة بالجسيمات تحت الذرية، وتفاصيلها كالتالي:
- البروتونات: هي جسيمات تحت ذرية ذات شحنة موجبة توجد في نواة الذرة وتم اكتشافها على يد رذرفورد من خلال التجارب التي أجراها باستخدام أنابيب الأشعة المهبطية بين عامي 1911 و1919. تتكون البروتونات من ثلاثة كواركات (بالإنجليزية: Quarks): كواركان علويان بشحنة موجبة وكوارك سفلي بشحنة سالبة، ويتم الربط بينها بواسطة جسيمات أصغر تدعى الغلوونات (بالإنجليزية: Gluons).
- الإلكترونات: هي جسيمات تحت ذرية سالبة الشحنة تحيط بالنواة. تحمل الإلكترونات شحنة سالبة تعادل 1.602×10-19 كولوم، وتعتبر كتلتها ضئيلة جداً مقارنة بالبروتونات والنيوترونات، حيث تساوي 9.10938×10-31 كغم، أي تقريباً 1/1836 من كتلة البروتون.
- النيوترونات: هي جسيمات تحت ذرية متعادلة الشحنة وتعد أكبر الجسيمات تحت الذرية من حيث الكتلة. تتكون من ثلاثة كواركات أيضًا (كوارك علوي وكواركين سفليين)، وتوجد في نواة الذرة، مترابطة مع البروتونات بواسطة القوة النووية القوية. تُعتبر النيوترونات مسؤولة عن إشعاع الذرات، رغم أنها لا تؤثر على شحناتها.
تجدر الإشارة إلى أن كتلة البروتون تعادل نحو 99.86% من كتلة النيوترون، كما يختلف عدد البروتونات بين العناصر. فعلى سبيل المثال، يحتوي الكربون على 6 بروتونات، بينما يحتوي الهيدروجين على بروتون واحد فقط. يتحكم عدد البروتونات في خصائص العنصر الفيزيائية والكيميائية، حيث تُرتب العناصر في الجدول الدوري تصاعدياً بناءً على العدد الذري.
أنواع الذرات
هناك أنواع متعددة من الذرات، تشمل:
- الذرات المتعادلة: هي تلك التي يتساوى فيها عدد البروتونات في النواة مع عدد الإلكترونات المحيطة بها.
- الأيونات: هي ذرات تحمل شحنة نتيجة فقدان أو اكتساب الإلكترونات.
- النظائر: تُعرف بأنها ذرات تمتلك نفس عدد البروتونات ولكن تختلف في عدد النيوترونات.
- الذرات المشعة: هي التي يصدر منها إشعاع نووي نتيجة انبعاث النيوترونات في طريقها لتحقيق الاستقرار.
- المواد المضادة: هي ذرات تحمل شحنة معاكسة، وتعتبر نادرة وضعيفة جداً.