الذرة إن مفهوم وجود وحدات صغيرة تكوّن المادة معروف منذ زمن اليونان القديمة،
حتى أن كلمة الذرة موجودة منذ ذلك الوقت،
ولكن لم يتم إثبات وجودها إلا من قبل جون دالتون في بدايات القرن الثامن عشر،
إذ تعد الذرة أصغر وحدات بناء المادة، ولا يمكن فصل مكوناتها بأي وسيلة كيميائية،
ومن الأمثلة على الذرات الهيدروجين والكربون والزنك،
أما المركبات الكيميائية فمن الممكن تكسيرها إلى أجزاء أصغر ألا وهي الذرات فعلى سبيل المثال من الممكن تكسير كلوريد الصوديوم إلى ذرات كلور وذرات صوديوم،
وأصبح بالإمكان أيضًا مشاهدة هذه الذرات في الوقت الحالي باستخدام مجهر المسح النّفقي، وسيجيب هذا المقال عن سؤال: “
ما هي مكونات الذرة؟”.
[١] ما هي مكونات الذرة للإجابة عن سؤال: “ما هي مكونات الذرة؟”
يمكن القول بأن مكونات الذرة الرئيسة ثلاث، وهي:
البروتونات والنيوترونات والإلكترونات،
بحيث إن البروتونات والنيوترونات تتركز في النواة، وترتبط مع بعضها البعض عن طريق قوى الربط النووية التي تستطيع أن تتغلب على القوى الكهربائية التي قد تسبب بدورها تنافر البروتونات مع بعضها البعض،
وهذا التنافر هو السبب في وجود الذرات غير المستقرة؛
إذ إن قوى الربط النووية تختلف باختلاف حجم الذرات،
حيث إن الذرات الكبيرة عادة ما تكون غير مستقرة، فكلما زاد حجمها تزداد قوة التنافر،
وبالتالي فإن قوى الربط هذه لا تستطيع التغلب على التنافر،
ولهذا تقوم الذرات غير المستقرة بالتحلل إلى عناصر أخرى فمثلًا يتحلل نظير الكربون 14 إلى نظير النيتروجين 14.
[٢] البروتونات أول مكونات الذرة هي البروتونات وهي جزيئات موجبة الشحنة،
تم اكتشافها من قبل راذرفورد،
لها كتلة أصغر بقليل من النيوترونات بحيث إن كتلتها بالنسبة للنيوترونات هي 0.9986،
بينما إن كتلتها الفعلية تساوي 1.673 * 10-27،
وقد استخدم عدد البروتونات في الذرات لتحديد العناصر،
فعلى سبيل المثال ذرات الكربون تحتوي على 6 بروتونات والأكسجين 8 بروتونات وهكذا،
كما يحدد هذا العدد أيضًا السلوكات الكيميائية لذرات العناصر،
ويعرف عدد البروتونات هذا بالعدد الذري الذي على أساسه تم ترتيب العناصر في الجدول الدوري، ويتكون البروتون من 3 كواركات؛ اثنان يحمل كل منهما ثلثا شحنة موجبة وواحد يحمل ثلث شحنة سالبة،
بحيث إن مجموعهما يساوي +1 وهي شحنة البروتون،
وترتبط هذه الكواركات معًا من خلال جزيئات لا كتلة لها تدعى بالغلونات.
[٢] النيوترونات إن النيوترونات هي جزيئات غير مشحونة اكتشفها العالم راذرفورد في عام 1920، والكتلة الفيزيائية للنيوترون تساوي 1.6749 * 10-27،
وعادةً ما تقارن كتل البروتونات والإلكترونات بكتلة النيترون الأمر الذي جعل له كتلة نسبية تساوي 1، كما إن النيوترونات تتواجد في جميع أنوية العناصر باستثناء نظير الهيدروجين 1 الذي تحتوي نواته على بروتون واحد، وتتكون النيوترونات أيضًا من 3 كواركات؛ اثنان يحمل كل منهما ثلث شحنة سالبة والأخير يحمل ثلثا شحنة سالبة،
بحيث إن مجموعها يساوي صفر ليعطي النيوترون شحنته المتعادلة.
[٢] الإلكترونات إن أهم ما يمكن تفصيله في إجابة سؤال: “ما هي مكونات الذرة؟”
هو الإلكترونات؛
إذ تمتلك الإلكترونات شحنة سالبة تنجذب للبروتونات الموجودة داخل النواة تبعًا لقوانين الجذب الكهربائي،
ولقد اكتشفت على يد الفيزيائي البريطاني طومسون،
ولها كتلة صغيرة جدًا،
إذ إنها أصغر ب 1800مرة مقارنةً بالبروتونات والنيوترونات،
ولذا فإن كتلتها تساوي 9.109 * 10-31،
كما وتوجد هذه الإلكترونات داخل مدارات تحيط بالنواة على شكل سحابة بحيث تكون المدارات القريبة منها كروية بينما تكون المدارات الخارجية أكثر تعقيدًا، ونموذج السحابة الإلكترونية هذه هي فكرة طرحها العلم النمساوي إيروين شرودنجر، ومن الممكن توزيع الإلكترونات في مداراتها حول النواة بحيث إن المدار المهم هو المدار الخارجي الذي تجعل من السهل التنبؤ بخصائص الذرات كاستقرارها ونقطة غليانها وموصليتها.
[٢] مكونات الذرة الثانوية هنالك عدد من المكونات الثانوية لذرات العناصر والتي غالبًا ما تنبعث أثناء عملية الاضمحلال الإشعاعي،
وهذه المكونات الثانوية تشمل جسيمات ألفا وجسيمات بيتا،
ومن الجدير بالذكر أن أشعة جاما التي تنبعث خلال بعض أنواع الاضمحلال الإشعاعي لا تعتبر جسيمات على الإطلاق،
وفيما يأتي شرح بسيط لجزيئات ألفا وبيتا:
[٣] جزيئات ألفا: والتي يرمز لها بالرمز α،
وهي عبارة عن أنوية الهيليوم التي تتكون من بروتونين ونيوترونين،
والتي تنبعث من العناصر المشعة ذات النوى الكبيرة غير المستقرة لتتحول إلى عناصر أخرى أكثر استقرارًا،
وهي ليست ضارة للكائنات الحية فهي تتوقف عند مواجهة أي عائق كالجلد،
ولكن إذا كان مصدر انبعاثها من داخل الجسم فإنها تسبب ضررًا كبيرًا،
وتستخدم هذه الجزيئات في صناعة أجهزة تنظيم القلب الصناعية.
جزيئات بيتا:
والتي يرمز لها بالرمز β، وهي عبارة عن إلكترونات حرة أو بوزيترونات ذات طاقة وسرعة عاليتين،
بحيث إن البوزيترونات لها نفس كتلة الإلكترونات ولكنها ذات شحنة موجبة،
وتمتلك جزيئات بيتا القدرة على الاختراق الأجسام أكثر بألف مرة من جزيئات ألفا، ولذلك فهي تسبب أضرارًا كبيرةً في بنية الكائنات الحية فقد تسبب عددًا من السرطانات وقد تؤدي إلى الموت،
وعلى الرغم من آثاره الضارة إلا أنه يستخدم في العلاج الإشعاعي للسرطانات.
دور مكونات الذرة في التفاعلات الكيميائية بعد معرفة إجابة سؤال: “ما هي مكونات الذرة؟”
يمكن التعرف على أهميتها، وبما أن الذرة تتكون من النواة والإلكترونات المحيطة بها،
لذا فإن هذه الإلكترونات هي أهم مكونات الذرة أثناء حدوث التفاعلات الكيميائية بين ذرات العناصر المختلفة، حيث إن هذه الإلكترونات تكون مرتبة في مدارات حول النواة وكل مدار منها يتّسع لعدد محدد من الإلكترونات، وتُملأ هذه المدارات من الداخل إلى الخارج بالإلكترونات،
ولكن الإلكترونات التي تشارك في التفاعلات هي الموجودة في المدار الأخير فقط، فهي التي تحدد سلوك الذرة،
فإما أن تقوم الذرة باكتساب الإلكترونات أو فقدانها لتكوّن روابط أيونية أو تقوم بمشاركتها مع الذرات الأخرى لتكوّن روابط تساهمية.
[٤] كيف نشأت مكونات الذرة من المتوقع أن الذرات قد نشأت بعد الانفجار العظيم الذي نتج عنه الكون بأكمله قبل 13.7 مليار سنة، فبعد أن برد الكون الجديد،
أصبحت الظروف مناسبة لنشأت الكواركات والإلكترونات،
بحيث تجمعت الكواركات معًا لتشكل البروتونات والنيوترونات التي اندمجت في الأنوية في الدقائق الأولى من وجود الكون لتشكل مكونات الذرة، أما الإلكترونات فقد تكونت بعد 380 ألف سنة،
إذ فقد الكون حرارة كافية قللت من سرعة الإلكترونات لدرجة مكّنت الأنوية من التقاط هذه الإلكترونات لتكوين الذرات الأولى،
وهذه الذرات الأولى هي ذرات الهيدروجين والهيليوم والتي بقيت أكثر العناصر انتشارًا في الكون في الوقت الحالي،
أما الذرات الأثقل فقد نشأت ولا زالت تنشأ نتيجة لتكتل الغازات في النجوم بفعل الجاذبية، وحين ينفجر
