تركيب الذرة تاريخها ونشأتها

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

مفهوم الذرة

تعتبر الذرة من أصغر الأشياء التي يمكن استخلاصها من المادة، خاصة عند تفككها، لأنها غير مرئية للعين.
إنها محايدة في الشحنات الكهربائية، ولكن عندما تنقسم، تكتسب جزيئاتها شحنة كهربائية، سواء كانت سالبة أو موجبة.
الذرة هي أساس علم الكيمياء وهي أصغر جزء من مكونات المادة التي تتميز بتغيير خواصها الكيميائية.
يتم تضمين الذرات في تكوين أي مادة موجودة على سطح الكون، لأن كل عنصر في الجدول الدوري الكيميائي يتميز بتركيبته الذرية التي تختلف عن العناصر الأخرى.
بالإضافة إلى الخصائص الكيميائية الفيزيائية التي تميزه عن العناصر الأخرى، تعتمد هذه الخصائص 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، وبالتالي فهي غير قابلة للتجزئة.
معظم جسم الذرة عبارة عن فراغ يحيط فيه العديد من الغيوم الإلكترونية الصغيرة بالنواة في مساحة صغيرة جدًا، مقارنة بالحجم الكامل للذرة.

مكونات المواد

على عكس المعتقدات السابقة، تتكون المادة من العديد من الأجزاء الصغيرة التي لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة. أهم مكونات العنصر هي:

1- البروتون

إنها مجموعة من الأجسام الصغيرة بشحنة كهربائية موجبة تساوي نفس كمية الشحنة الكهربية مثل الإلكترون الذري.
بينما تبلغ كتلة البروتونات حوالي 1.673 × 10-27 كجم، أي ضعف كتلة الإلكترون الذري، بالإضافة إلى أن عدد البروتونات يمثل 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 فارغة وغير قابلة للتجزئة.
دفع هذا بعض الفيزيائيين إلى البحث لتحديد بنية البروتونات، لأنهم صنفوا البروتونات بين الباريونات، وهي جسيمات صغيرة جدًا تتكون من الجسيمات الأساسية الثلاثة المعروفة وهي الكواركات.
حيث تتكون هذه الكواركات من البروتونات يوجد اثنان منها في الأعلى وواحد في الأسفل وقد اكتشف الفيزيائي رذرفورد البروتونات.

2 – نيوترونات

إنها أجسام صغيرة دون ذرية توجد في نوى جميع العناصر الفيزيائية باستثناء عنصر الهيدروجين العادي، الذي يحتوي على بروتين واحد فقط داخل نواته.
تعتبر النيوترونات ليس لها شحنة كهربائية ولها كتلة حوالي 1.67493 × 10-27 كجم، لذلك فهي أكبر قليلاً من كتلة البروتونات، والتي تساوي حوالي 1839 ضعف الكتلة الذرية للإلكترون.
تسمى النيوترونات والبروتونات بالنيوترونات 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 في ترتيبها عن البروتونات، حيث يوجد اثنان في الأسفل وواحد في الأعلى.

3- الإلكترونات

إنها جسيمات ذات شحنة كهربائية سالبة، وتعتبر الإلكترونات جسيمات أولية وأساسية لأنها لا تحتوي على أي مكونات بالإضافة إلى كونها غير قابلة للتجزئة.
اكتشف الفيزيائي طومسون الإلكترونات من خلال دراسته لأشعة الكاثود، وساعد اكتشاف الإلكترونات في معرفة التركيب الذري للنواة.
تدور الإلكترونات في مدارات مختلفة حول النوى المعروفة بمستويات الطاقة. الإلكترونات من بين أخف الجسيمات في الذرة.
عندما يُزال الإلكترون من مداره حول النواة، تصبح الذرة في هذه الحالة ضعيفة وتسمى أيونًا.
علاوة على ذلك، توجد الإلكترونات في حالة من المادة المعروفة بالبلازما وهي خالية من الأيونات غير المقيدة في مستويات طاقتها المدارية.
تُصنف 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 المرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية يصعب فصلها عن بعضها البعض.
بينما تتكون كل ذرة من مجموعة من الإلكترونات ونواة، كل منها مرتبطة ببعضها البعض بقوة كهربائية كبيرة، ولكي تفصلها عن بعضها البعض، يجب أن تحصل الإلكترونات على قدر كبير من الطاقة الكهربائية بحيث يمكنهم الخروج من مدارهم عند هذا المستوى من الطاقة.

تاريخ أصل الذرة

افترض الفيلسوف ديموقريطس عام 440 قبل الميلاد أن كل شيء في الكون يتكون من مجموعة من الجسيمات صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة وأنه لا يمكن تقسيم هذه الجسيمات.
سمى ديموقريطوس هذه الجسيمات بالذرات، بالإضافة إلى حقيقة أن الكون كله يحتوي على العديد من الذرات، والتي هي في حالة حركة ثابتة.
جميع الذرات مرتبطة ببعضها البعض لتكوين مادة، لكنها لا ترتبط ببعضها البعض.
في ذلك الوقت، قدم العالم ديموقريطوس نظريته عن العالم، لكنها قوبلت بالرفض، خاصة 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 التي درسها وصاغ فرضياتها بعد دراسة أفكار ديموقريطس.
تتضمن نظرية دالتون الفيزيائية أن جميع ذرات العنصر متشابهة، بينما تختلف العناصر الفيزيائية عن بعضها البعض في الوزن والخصائص الفيزيائية، وتتكون المادة من وحدة مجموعة ذرات بعضها البعض.
في عام 1897، أثبت الفيزيائي طومسون، الذي اكتشف الإلكترون، أنه يمكن تقسيم الذرة، وفي نفس العام قدم مثال فطيرة الزبيب.
حيث يمثل هذا النموذج أن الذرة عبارة عن كرة ذات شحنات موجبة، حيث توجد بعض الجسيمات ذات الشحنات السالبة، مثل الزبيب المنتشر على سطح الفطيرة، وبسبب هذا تكون الذرة محايدة.
في عام 1911، طور العالم رذرفورد ونشر نظريته الذرية، والتي تنص على أن الذرة تتكون من نواة موجبة الشحنة ومتناهية الصغر تدور حولها الإلكترونات السالبة في مساحة صغيرة جدًا، في حين أن مساحة الذرة يمكن أن تكون فارغة تمامًا.
ثم اكتشف الفيزيائي نيلز بور خصائص الإلكترونات، ثم طور الجنرال شرودنغر النموذج الكمي للذرة.
بينما أوضح العالم فيرنر أنه لا يمكن تحديد سرعة وموقع الإلكترون في نفس الوقت.

حجم الذرة

تحديد حجم معين للذرة من أصعب الأمور، لأن المسارات الإلكترونية متحركة وليست ثابتة في مكان معين.
بالإضافة إلى ذلك، يتم تحويل العديد من الذرات فائقة الصغر إلى بلورات صلبة صغيرة من خلال بعض الوسائل التقنية المعقدة، بهدف تقريب النواتين من بعضهما البعض.
يختلف حجم الذرة وفقًا للعناصر المختلفة الموجودة في الجدول الدوري لأنه يرجع إلى قوة جذب الشحنات الموجبة الموجودة داخل الإلكترونات.

الخصائص الرئيسية للذرة

هناك العديد من الخصائص الأساسية للذرة، ومن خلال هذه الخصائص يتم تحديد خصائص وخصائص الذرة، ومنها:

1- العدد الذري

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

2- الكتلة الذرية

إنها مجموعة عدد الشحنات الموجبة، أي البروتونات وعدد النيوترونات الموجودة في النواة، كما تقاس بوحدة 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 النيوترونات والبروتونات.

أهم خواص الذرة

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

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