تعريف الذرة ومكوناتها
تعريف الذرة ومكوناتها pdf، الذرة هي أًصغر جزء في المادة يمكن تجزئته، ويتساءل العديد عن تعريف الذرة وخصوصًا الطلاب الذين يدرسون علوم الكيمياء، فما هو تعريف الذرة؟ وما هي مكوناتها؟ وما هو شكل الذرة الذي توصل إليه العلماء؟
محتويات المقال
[ عرض ]
تعريف الذرة
- الذرة هي أصغر جزء يمكن الحصول عليه في علم الكيمياء.
- تحتفظ الذرة بشحنتها الإلكترونية.
- سميت الذرة باسم Atom في الإنجليزية نسبة إلى الكلمة الإغريقية Atmos والتي تعني غير قابل للانقسام.
- تتكون الذرة من الإلكترونات سالبة الشحنة التي تدور حولها في سحابة إلكترونية، تدور الإلكترونات حول نواة موجبة الشحنة، وهي موجودة في مركز الذرة.
- تتكون نواة الذرة من بروتونات شحنتها موجبة، ونيوترونات متعادلة الشحنة.
- تعتبر الذرة حجر الأساس في علم الكيمياء.
- جميع العناصر الموجودة في الطبيعة تتكون من مجموعة كبيرة من الذرات.
مكونات الذرة
- تتكون الذرة من مجموعة من الإلكترونات سالبة الشحنة، والبروتونات موجبة الشحنة، والنيوترونات متعادلة الشحنة، ويختلف عدد كل منهم حسب نوع الذرة.
- مركز الذرة هو نواة الذرة، ومن المعروف أن حول نواة الذرة يوجد فراغ يسمح بحركة الإلكترونات حوله.
- الإلكترونات التي تدور في مدار النواة هي أخف جزء موجود في الطبيعة، حتى تتمكن من الحركة بحرية حول النواة.
- الذرة متعادلة الشحنة، وذلك بسبب وجود الإلكترونات السالبة مع البروتونات الموجبة التي تسبب تعادل الذرة.
1- البروتون
- هو جسم ذري موجود في الذرة، يحتوي على شحنة تساوي عدد شحنة الإلكترونات الموجودة في الذرة، وهو موجب الشحنة.
- تبلغ كتلة البروتون 67262×10-27 وهذا العدد يعتبر 1836 ضعف كتلة الإلكترون.
- العدد الذري للعنصر هو عدد البروتونات الموجودة في الذرة، والعدد الذري هو الذي يحدد ترتيب العنصر في الجدول الدوري.
- في أوائل القرن العشرين، اعتقد العلماء أن البروتون جسيم أولي، ولا يمكن تقسيمه ولا يوجد أي شيء بداخله.
- بعد ذلك، أثبت علماء الفيزياء أن البروتونات يمكن تقسيمها إلى ما هو أصغر منها وبالتالي فهي ليست فارغة من الداخل.
- تم تصنيف البروتونات ضمن الباريونات، وهي عبارة عن جسيمات تتكون من 3 جسيمات أولية تسمى بالكواركات.
2- النيوترونات
- هو جسيم أصغر من الذرة يوجد في أنوية جميع العناصر باستثناء الهيدروجين العادي الذي تحتوي نواته على بروتون واحد فقط.
- النيترونات ليس لديها شحنة كهربية فهي متعادلة الشحنة.
- يطلق على النيوترونات والبروتونات اسم “النيوكليونات”؛ لأنهما موجودان في الحيز الضيق لنواة الذرة والذي يمثل 99% من كتلة الذرة.
- ومثل البروتون، اعتقد العلماء أن النيوترونات جسيمات أولية لا يمكن تقسيمها ولا يوجد شيء بداخلها، ولكن أثبت علماء الفيزياء عكس ذلك في القرن الماضي.
- تم تصنيف النيوترونات ضمن الباريونات التي تتكون من 3 كواركات مثل البروتونات.
- القوة النووية القوية هي التي تحفظ توازن النواة، وتفوق القوة النووية قوة تنافر الشحنة الموجبة الموجودة في البروتونات، وبالتالي تستطيع النواة المحافظة على تماسكها.
3- الإلكترونات
- تحمل الإلكترونات شحنة سالبة أساسية، وتعتبر الإلكترونات من الجسيمات الأولية، أي لا يمكن تقسيمها إلى ما هو أصغر منها ولا تحتوي على شيء من الداخل على عكس البرتونات والنيوترونات.
- الإلكترونات هي أخف جزيء موجود داخل الذرة، لدرجة أنه عند حساب كتلة ذرة معينة لا نحسب كتلة الإلكترون بسبب صغرها الشديد.
- العالم طومسون هو مكتشف الإلكترون، وقد اكتشفه عند دراسته لأشعة المهبط، وساعد اكتشاف الإلكترون في فهم الذرة أكثر وأكثر.
- توزع الإلكترونات في مستويات الطاقة المختلفة حول نواة الذرة.
- عندما تفقد الذرة إلكترونًا، فإنها تصبح متأينة.
- يمكن للإلكترونات التواجد بشكل حر بجانب الأيونات، وهي حالة من حالات المادة تعرف باسم “البلازما”.
- صنف علماء الجسيمات الإلكترونية الإلكترونات ضمن مجموعة الفيرميونات، والتي يتم وصفها ضمن إحصاء فيرمي دراك.
4- النموذج الذري
- تتشكل معظم المواد من جزيئات يمكن فصلها عن بعضها البعض.
- تتكون الجزيئات من ذرات مرتبطة مع بعضها بروابط كيميائية، ولكن فصلها صعب.
- تتكون كل ذرة من إلكترونات ونواة مرتبطان مع بعضهما بالقوة الكهربية.
- حتى نتمكن من فصل النواة عن الإلكترونات، يجب على الإلكترونات أن تكتسب طاقة كبيرة جدًا حتى تتمكن من الإفلات من قوة النواة الكهربية لتخرج من مدارها.
- تعتبر الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات جسيمات طويلة العمر نوعًا ما، عكس باقي الجسيمات الذرية، والتي لكي نحصل عليها يجب وجود طاقة عالية جدًا والتي تنتهي في فترة قصيرة للغاية وتنتقل لجسيمات أخرى مستقرة أكثر.
خصائص الذرة
- العدد الذري من أهم خصائص الذرة، وهو يساوي عدد البروتونات الموجودة داخل الذرة، أو عدد الشحنات الموجبة، أو يمثل عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة المتعادلة كهربيًا.
- يرتبط العدد الذري بالتفاعلات الكيميائية، لذلك من المهم ذكره عند التحدث عن تلك التفاعلات.
- الكتلة الذرية، حيث يؤثر عدد النيوترنات المتعادلة على كتلة الذرة، لكنه لا يؤثر على خصائها الكيميائية.
- ولتوضيح فكرة الكتلة الذرية يمكن ذكر مثال على ذرة الكربون، التي تحتوي على عدد 6 بروتونات و6 نيوترونات، ستمتلك ذرة الكربون تلك نفس الخصائص التي يمتلكها نظير الكربون المحتوي على 6 بروتونات و8 نيوترونات.
- سيكون الفرق الوحيد بين نظيرين الكربون هو الكتلة الذرية.
- العدد الكتلي للذرة يساوي ضرب مجموع البروتونات في مجموع النيوترونات.
- البروتونات والنيوترونات الموجودة على سطح نواة الذرة أقل ارتباطًا من الموجودة داخل النواة.
نموذج دالتون للذرة
- تعتمد نظرية دالتون على قانون بقاء الكتلة والنسب الثابتة التي اكتشفها العلماء من قبل.
- نصت النظرية على أن المواد تتكون من العديد من الجسيمات التي لا يمكن تجزئتها أي الذرات، وهي صغيرة الحجم للغاية.
- تتشابه ذرات نفس العنصر في الخصائص مثل الكتلة والشكل والحجم، وتختلف عن ذرات العناصر الأخرى.
- الذرة غير قابلة للتجزئة، وهي صغيرة للغاية ومصمتة من الداخل.
- تستطيع ذرات العناصر المختلفة الاتحاد مع بعضها البعض، ولكن بنسبة عددية بسيطة، وتكون الذرات المتحدة مواد مختلفة.
- الاتحاد الكيميائي ما هو إلا تغيير في طريقة توزيع الذرات.
- استطاعت نظرية دالتون معرفة شكل الذرة، وفسرت بعض الحقائق التي عجز العلماء عن تفسيرها، وتنبأت النظرية ببعض قوانين الكيمياء.
نموذج فارادي للذرة
- استطاع فاراداي إثبات أن الذرات تحتوي على شحنة كهربية تسمى الإلكترونات.
- لم يضع أي نماذج ذرية، ولكنه قام بتجارب تحليل الأملاح.
نموذج طومسون للذرة
- استطاع طومسون اكتشاف الجسيمات المكونة لأشعة الكاثود، واستطاع إثبات أنها أصغر حجمًا من الذرات، وقام بتسميتها الإلكترونات.
- استطاع نموذج طومسون إلغاء اعتقاد العلماء القدامى أن الذرة نموذج غير قابل للانقسام.
- تضمن اكتشاف طومسون أن الذرة ثابتة، وأن عدم تواجد الإلكترونات في مكانها الصحيح سيؤدي إلى محاولتها للوصول إلى الثبات وبالتالي العودة إلى مكانها الأصلي.
- قال طومسون في نظريته أن الذرة كرة مصمتة من الشحنات الموجبة.
- تحتوي الذرة على إلكترونات سالبة تتخلل داخل الذرة، ومثلها ببذور البرتقال الموجودة بداخله.
- قال إن الذرة متعادلة كهربيًا.
نموذج رذرفورد للذرة
- أثبت رذرفورد في تجربته أن الذرة تتكون من نواة توجد في مركز الذرة، وتدور حول النواة الإلكترونات سالبة الشحنة، وشبهها بالمجموعة الشمسية.
- أنكر أن الذرة مصمتة، وقال إن معظمها فراغ، لأن حجم النواة صغير للغاية مقارنة بالذرة نفسها.
- كتلة الذرة تعتمد بشكل كبير على كتلة النواة، لأن كتلة الإلكترونات صغيرة للغاية بحيث يمكن إهمالها.
- الذرة تحتوي على شحنات موجبة وشحنات سالبة، الشحنات الموجبة موجودة على الذرة والشحنات السالبة هي شحنة الإلكترونات.
- عدد الشحنات الموجبة الموجودة على نواة الذرة يساوي عدد شحنات الإلكترون السالبة، وبالتالي فإن الذرة متعادلة كهربيًا.
- الإلكترونات تدور حول نواة الذرة في مدارات خاصة بها.
- الذرة ثابتة لأن بسبب أن الإلكترونات تقع تحت تأثير قوتين متساويتين في المقدار (والقوتين هما قوة جذب النواة للإلكترونات، وقوة الطرد المركزي الناشئة عن دوران الإلكترونات حول النواة) ومتضادتين في الاتجاه.
تناقض نموذج رذرفورد للذرة
- إذا طبقنا قوانين الكهرومغناطيسية على الذرة، فإن الذرة ستصبح غير متزنة ميكانيكيًا.
- أثبتت التجارب أن كل نوع من الذرات يشع طيفًا خطيًا خاص به وله طول موجي محدد، ولكن حسب ما وضحه رذرفورد، فإن الإلكترون يدور حول النواة بتردد يسبب إشعاع طيف يغطي جميع الأطوال الموجية.
نموذج ذرة بور
- تدور الإلكترونات حول النواة في مستويات طاقة ثابتة ومحددة لها.
- كل مستوى من مستويات الطاقة التي تدور بها الإلكترونات ثابتة ومحددة ويعبر عنها بأرقام صحيحة سميت بالأعداد الكمية الرئيسية.
- الفراغ الموجود بين النواة ومستويات الطاقة المحددة للإلكترونات لا يجوز سير الإلكترونات فيها.
- إذا ظل الإلكترون في مستوى طاقته، فإنه لا يفقد أي طاقة، وإذا اكتسب الإلكترون طاقة فإنها تسمى طاقة امتصاص، وينتقل إلى مستوى أعلى من مستويات الطاقة، ولكنه سيفقد الطاقة المكتسبة بشكل أو بآخر على شكل طيف انبعاث.
النموذج الذري الحديث
- الذرة تتكون من نواة موجبة الشحنة، مصدر الشحنة الموجبة هي البروتونات الموجودة على نواة الذرة.
- تتركز معظم كتلة الذرة في نواتها.
- نواة الذرة محاطة بإلكترونات سالبة تدور حولها في مستويات طاقة خاصة بها، وتتحرك الإلكترونات بسرعة كبيرة للغاية.
- الإلكترونات السالبة لها خواص الموجات.
- احتمالية وجود الإلكترونات في الفراغ الموجود بين نواة الذرة وبين المستويات الخاصة بالإلكترونات أقل من 10%.
شرحنا في التقرير السابق تعريف الذرة ومكوناتها الرئيسية، ودرسنا نماذج الذرات المختلفة للعلماء مثل رذرفورد ودالتون وبور وطومسون، وتوصلنا في النهاية إلى النموذج الذري الحديث للذرة.