سميت الذرة على اسم الكلمة اليونانية atmos ، والتي تعني غير قابلة للتجزئة.
تتكون الذرة من إلكترونات سالبة الشحنة تدور حولها في سحابة إلكترونية ، وتدور الإلكترونات حول نواة موجبة الشحنة تقع في مركز الذرة.
تتكون نواة الذرة من بروتونات موجبة الشحنة ونيوترونات محايدة الشحنة.
الذرة هي حجر الزاوية في الكيمياء.
تتكون جميع العناصر الموجودة في الطبيعة من مجموعة كبيرة من الذرات.
مكونات الذرة
تتكون الذرة من مجموعة من الإلكترونات سالبة الشحنة ، وبروتونات موجبة الشحنة ، ونيوترونات محايدة الشحنة ، ويختلف عدد كل منها حسب نوع الذرة.
مركز الذرة هو نواة الذرة ، ومن المعروف أنه يوجد حول نواة الذرة فراغ يسمح بحركة الإلكترونات حولها.
الإلكترونات التي تدور حول النواة هي أخف جزء في الطبيعة ، لذا يمكنها التحرك بحرية حول النواة.
تحتوي الذرة على شحنة متعادلة ، بسبب وجود إلكترونات سالبة مع البروتونات الموجبة ، مما يجعل الذرة محايدة.
1- البروتون
إنه جسم ذري يوجد في ذرة ، وله شحنة مساوية لعدد الإلكترونات في الذرة ، وهو موجب الشحنة.
كتلة البروتون 67262 × 10-27 ، أي 1836 ضعف كتلة الإلكترون.
العدد الذري للعنصر هو عدد البروتونات في الذرة ، ويحدد العدد الذري ترتيب العنصر في الجدول الدوري.
في بداية القرن العشرين ، اعتقد العلماء أن البروتون هو جسيم أولي ، ولا يمكن تقسيمه ، ولا يوجد شيء بداخله.
بعد ذلك ، أظهر الفيزيائيون أن البروتونات يمكن أن تنقسم إلى جسيمات أصغر ، وبالتالي فهي ليست فارغة في الداخل.
تصنف البروتونات على أنها باريونات ، وهي جسيمات تتكون من 3 جسيمات أولية تسمى الكواركات.
2- النيوترونات
إنه جسيم أصغر من ذرة موجودة في نوى جميع العناصر باستثناء الهيدروجين العادي ، الذي تحتوي نواته على بروتون واحد فقط.
لا تحتوي النيوترونات على شحنة كهربائية ، لذا فهي محايدة.
تسمى النيوترونات والبروتونات “نيوكليونات”. لأنها تقع في الفضاء الضيق للنواة الذرية ، والتي تمثل 99٪ من كتلة الذرة.
مثل البروتون ، اعتقد العلماء أن النيوترونات عبارة عن جسيمات أولية لا يمكن تقسيمها وأنه لا يوجد شيء بداخلها ، لكن الفيزيائيين أثبتوا خلاف ذلك في القرن الماضي.
تصنف النيوترونات ، مثل البروتونات ، على أنها باريونات تتكون من 3 كواركات.
القوة النووية القوية هي التي تحافظ على توازن النواة ، وتتغلب القوة النووية على القوة الطاردة للشحنة الموجبة الموجودة في البروتونات ، وبالتالي يمكن للنواة أن تحافظ على تماسكها.
3- الإلكترونات
تحمل الإلكترونات شحنة سالبة أساسية ، وتعتبر الإلكترونات جسيمات أولية ، أي لا يمكن تقسيمها إلى أصغر منها ، ولا تحتوي على أي شيء من الداخل ، على عكس البروتونات والنيوترونات.
الإلكترونات هي أخف جسيم داخل الذرة ، لدرجة أنه عند حساب كتلة ذرة معينة ، لا نحسب كتلة الإلكترون لأنها صغيرة جدًا.
العالم طومسون هو مكتشف الإلكترون ، وقد اكتشفه بدراسة أشعة الكاثود ، وساعد اكتشاف الإلكترون على فهم المزيد والمزيد عن الذرة.
تتوزع الإلكترونات بمستويات طاقة مختلفة حول نواة الذرة.
عندما تفقد الذرة إلكترونًا ، فإنها تتأين.
يمكن أن توجد الإلكترونات بحرية إلى جانب الأيونات ، وهي حالة من المادة تعرف باسم “البلازما”.
صنف علماء الجسيمات الإلكترونية الإلكترونات في مجموعة من الفرميونات ، والتي وصفتها إحصائيات فيرمي دراش.
4- النموذج الذري
تتكون معظم المواد من جزيئات يمكن فصلها عن بعضها البعض.
تتكون الجزيئات من ذرات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط كيميائية ، لكن الفصل بينها صعب.
تتكون كل ذرة من إلكترونات ونواة يتم تجميعها معًا بواسطة قوة كهربائية.
لكي نفصل النواة عن الإلكترونات ، يجب أن تكتسب الإلكترونات قدرًا كبيرًا من الطاقة بحيث يمكنها الهروب من القوة الكهروستاتيكية للنواة للخروج من مدارها.
تعد الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات جسيمات طويلة العمر إلى حد ما ، على عكس بقية الجسيمات الذرية ، والتي للحصول عليها يجب أن يكون لها طاقة عالية جدًا ، والتي تنتهي في فترة قصيرة جدًا ويتم نقلها إلى جسيمات أخرى أكثر استقرارًا.
خصائص الذرة
يعتبر العدد الذري من أهم خصائص الذرة ، فهو يساوي عدد البروتونات في الذرة ، وعدد الشحنات الموجبة أو عدد الإلكترونات في الذرة المحايدة كهربائيًا.
يرتبط العدد الذري بالتفاعلات الكيميائية ، لذا من المهم ذكره عند مناقشة تلك التفاعلات.
الكتلة الذرية ، حيث يؤثر عدد النيوترونات المحايدة على كتلة الذرة ، لكنها لا تؤثر على خواصها الكيميائية.
لتوضيح فكرة الكتلة الذرية ، يمكن ذكر مثال لذرة الكربون ، والتي تحتوي على 6 بروتونات و 6 نيوترونات ، سيكون لذرة الكربون هذه نفس خصائص نظير الكربون الذي يحتوي على 6 بروتونات و 8 نيوترونات.
سيكون الاختلاف الوحيد بين نظيري الكربون هو الكتلة الذرية.
العدد الكتلي للذرة يساوي عدد البروتونات مضروبًا في العدد الإجمالي للنيوترونات.
تكون البروتونات والنيوترونات الموجودة على سطح نواة الذرة أقل ارتباطًا من تلك الموجودة داخل النواة.
نموذج دالتون للذرة
تستند نظرية دالتون على قانون الحفاظ على النسب الثابتة والكتلة التي اكتشفها العلماء من قبل.
تنص النظرية على أن المادة تتكون من العديد من الجسيمات التي لا يمكن تقسيمها ، أي الذرات ، وهي صغيرة الحجم للغاية.
تتشابه ذرات العنصر نفسه في خصائص مثل الكتلة والشكل والحجم ، وتختلف عن ذرات العناصر الأخرى.
الذرة غير قابلة للتجزئة ، وهي صغيرة جدًا وصلبة من الداخل.
يمكن أن تترابط ذرات العناصر المختلفة مع بعضها البعض ، ولكن بنسبة عددية صغيرة ، والذرات المترابطة هي مواد مختلفة.
الترابط الكيميائي ليس أكثر من تغيير في طريقة ترتيب الذرات.
تمكنت نظرية دالتون من معرفة شكل الذرة وشرح بعض الحقائق التي لم يستطع العلماء تفسيرها ، وتنبأت النظرية ببعض قوانين الكيمياء.
نموذج فاراداي للذرة
كان فاراداي قادرًا على إظهار أن الذرات تحتوي على شحنة كهربائية تسمى الإلكترونات.
لم يصنع أي نماذج ذرية ، لكنه أجرى تجارب على تحليل الملح.
نموذج طومسون للذرة
تمكن طومسون من اكتشاف الجسيمات التي تشكل أشعة الكاثود ، وتمكن من إثبات أنها أصغر من الذرات ، وأطلق عليها اسم الإلكترونات.
كان نموذج طومسون قادرًا على قلب اعتقاد العلماء القدماء بأن الذرة نموذج غير قابل للتجزئة.
تضمن اكتشاف طومسون أن الذرة مستقرة ، وأنه إذا لم تكن الإلكترونات في المكان المناسب ، فسوف تحاول تحقيق الاستقرار وبالتالي العودة إلى مكانها الأصلي.
قال طومسون في نظريته أن الذرة عبارة عن كرة صلبة من الشحنات الموجبة.
تحتوي الذرة على إلكترونات سالبة تتخلل داخل الذرة ، مثل بذور البرتقال في الداخل.
قال إن الذرة متعادلة كهربائيًا.
نموذج رذرفورد الذري
أثبت رذرفورد في تجربته أن الذرة تتكون من نواة تقع في مركز الذرة ، والإلكترونات سالبة الشحنة تدور حول النواة ، على غرار النظام الشمسي.
ونفى أن تكون الذرة صلبة ، وقال إن معظمها فارغ ؛ لأن حجم النواة صغير جدًا مقارنة بالذرة نفسها.
تعتمد كتلة الذرة إلى حد كبير على كتلة النواة ، لأن كتلة الإلكترونات صغيرة جدًا بحيث يمكن إهمالها.
تحتوي الذرة على شحنات موجبة وشحنات سالبة ، والشحنات الموجبة على الذرة والشحنات السالبة هي شحنة الإلكترونات.
عدد الشحنات الموجبة في نواة الذرة يساوي عدد الشحنات السالبة على الإلكترونات ، وبالتالي فإن الذرة متعادلة كهربائيًا.
تدور الإلكترونات حول نواة الذرة في مداراتها الخاصة.
الذرة مستقرة لأن الإلكترونات تحت تأثير قوتين متساويتين في الحجم (القوتان هما القوة الجذابة للنواة للإلكترونات وقوة الطرد المركزي الناشئة عن دوران الإلكترونات حول النواة) وفي اتجاهين متعاكسين . .
مفارقة رذرفورد للذرة
إذا طبقنا قوانين الكهرومغناطيسية على الذرة ، فستصبح الذرة غير متوازنة ميكانيكيًا.
أظهرت التجارب أن كل نوع من الذرات يشع طيفًا خطيًا خاصًا به وله طول موجي محدد ، ولكن كما أوضح رذرفورد ، فإن الإلكترون يدور حول النواة بتردد يسبب طيفًا من الإشعاع يغطي جميع الأطوال الموجية.
نموذج بوهر
تدور الإلكترونات حول النواة عند مستويات طاقة ثابتة ومحددة.
كل مستوى من مستويات الطاقة التي تدور فيها الإلكترونات ثابت ومُعرَّف ويتم التعبير عنه بأعداد صحيحة تسمى أرقام الكم الأساسية.
لا يُسمح للإلكترونات بالسفر عبر الفراغ بين النواة ومستويات الطاقة المحددة للإلكترونات.
إذا بقي الإلكترون عند مستوى طاقته ، فإنه لا يفقد أي طاقة ، وإذا اكتسب الإلكترون طاقة ، يطلق عليه طاقة الامتصاص ، ويذهب إلى مستوى أعلى من مستويات الطاقة ، لكنه سيفقد الطاقة المكتسبة بطريقة ما . أو في شكل طيف انبعاث.
النموذج الذري الحديث
تتكون الذرة من نواة موجبة الشحنة ، مصدر الشحنة الموجبة هو البروتونات في نواة الذرة.
تتركز معظم كتلة الذرة في نواتها.
نواة الذرة محاطة بإلكترونات سالبة تدور حولها في مستويات طاقتها الخاصة ، وتتحرك الإلكترونات بسرعة كبيرة.
الإلكترونات السالبة لها خصائص موجية.
احتمالية وجود الإلكترونات في الفراغ بين نواة الذرة وبين مستويات الإلكترون أقل من 10٪.