تعريف الذرة ومكوناتها pdf، الذرة هي أصغر جزء في المادة الذي يمكن تجزئته، ويتساءل العديد عن تعريف الذرة وخاصة الطلاب الذين يدرسون علوم الكيمياء، فما هو تعريف الذرة؟ وما هي مكوناتها؟ وما هو شكل الذرة الذي وصل إليه العلماء؟
تعريف الذرة
- الذرة هي أصغر جزء يمكن الحصول عليه في مجال الكيمياء.
- تحتفظ الذرة بشحنتها الإلكترونية.
- أطلق على الذرة اسم Atom في اللغة الإنجليزية نسبة إلى الكلمة اليونانية Atmos التي تعني غير قابل للتجزئة.
- الذرة تتألف من سحابة إلكترونية تحتوي على إلكترونات سالبة الشحنة تدور حول نواة موجبة الشحنة المتواجدة في مركز الذرة.
- يتألف نواة الذرة من بروتونات ذات شحنة موجبة ونيوترونات ذات شحنة متعادلة.
- الذرة تعتبر أساسا في علم الكيمياء.
- تتألف جميع العناصر الموجودة في الطبيعة من مجموعة كبيرة من الذرات.” (73139).
مكونات الذرة
- يتألف الذرة من مجموعة من الإلكترونات ذات شحنة سالبة، والبروتونات ذات شحنة موجبة، والنيوترونات ذات شحنة محايدة، ويتفاوت عددها وفقا لنوع الذرة.
- يعتبر مركز الذرة هو نواة الذرة، ومن المعروف أن حول نواة الذرة يوجد فراغ يسمح للإلكترونات بالحركة حولها.
- الإلكترونات التي تدور في مدار النواة هي أخف جزء موجود في الطبيعة، مما يتيح لها الحركة بحرية حول النواة.
- الذرة متعادلة الشحنة نظرا لوجود الإلكترونات السالبة مع البروتونات الموجبة، مما يؤدي إلى تعادل الذرة.
1- البروتون
- هو جسم صغير متواجد في الذرة، يحمل شحنة متساوية لعدد الإلكترونات في الذرة، وهو ذو شحنة موجبة.
- كتلة البروتون تساوي 67262×10-27، وهذا العدد يعادل 1836 ضعف كتلة الإلكترون.
- العدد الذري للعنصر هو عدد البروتونات الموجودة في الذرة، والعدد الذري هو ما يحدد ترتيب العنصر في الجدول الدوري.
- في أوائل القرن العشرين، كان العلماء يعتقدون أن البروتون هو جسيم أولي ولا يمكن تقسيمه، وأنه لا يوجد أي شيء بداخله.
- فقد أثبت علماء الفيزياء فيما بعد أن البروتونات يمكن تقسيمها إلى أجزاء أصغر من حجمها، وبالتالي فإنها ليست فارغة من الداخل.
- تصنف البروتونات ضمن فئة الباريونات، وهي جسيمات تتألف من ثلاث جسيمات أولية تسمى كواركات.
2- النيوترونات
- هو جسيم صغير أكثر من الذرة يوجد في أنوية جميع العناصر باستثناء الهيدروجين العادي الذي تحتوي نواة الهيدروجين على بروتون واحد فقط.
- النيترونات ليس لها شحنة كهربائية، فهي ذات توازن الشحنة.
- يطلق على النيوترونات والبروتونات تسمية `النيوكليونات` لأنهما متواجدان في النواة الضيقة للذرة والتي تمثل 99% من كتلة الذرة.
- ومثل البروتون، يعتقد العلماء أن النيوترونات جسيمات أولية لا يمكن تقسيمها ولا يوجد شيء في داخلها، ولكن العلماء في القرن الماضي أثبتوا عكس ذلك.
- تم تصنيف النيوترونات ضمن فئة الباريونات التي تتألف من 3 كواركات مماثلة للبروتونات.
- القوة النووية القوية هي التي تحافظ على توازن النواة، وتفوق قوة الجذب الكهروستاتي الموجبة الموجودة في البروتونات. وبالتالي، تستطيع النواة الحفاظ على تماسكها.
3- الإلكترونات
- الإلكترونات تحمل شحنة سالبة كأساس، وتعد الإلكترونات جزءا من الجسيمات الأولية، وهي غير قابلة للتقسيم إلى أجزاء أصغر منها ولا تحتوي على أي مكون داخلي، بالاختلاف عن البروتونات والنيوترونات.
- تعتبر الإلكترونات أخف جزيء موجود داخل الذرة، لدرجة أنه عند حساب كتلة الذرة، لا يتم احتساب كتلة الإلكترون بسبب صغر حجمه.
- العالم طومسون هو من اكتشف الإلكترون، حيث اكتشفه أثناء دراسته لأشعة الهبوط، وساعد اكتشاف الإلكترون في زيادة فهمنا للذرة بشكل أكبر وأعمق.
- تنتشر الإلكترونات في مستويات طاقة مختلفة حول نواة الذرة.
- عندما تفقد الذرة إلكترونا، تصبح مشحونة إيجابيا.
- يمكن للإلكترونات التجوال بحرية بجانب الأيونات، وهذا حالة من حالات المادة تعرف باسم “البلازما”.
- علماء الجسيمات الإلكترونية صنفوا الإلكترونات كفيرميونات، ويتم وصفها في إحصاء فيرمي دراك.
4- النموذج الذري
- تتكون معظم المواد من جزيئات يمكن فصلها عن بعضها البعض.
- الجزيئات تتكون من ذرات ترتبط ببعضها بروابط كيميائية، ولكن من الصعب فصلها.
- تتكون كل ذرة من إلكترونات ونواة ترتبطان ببعضهما بفعل القوة الكهربائية.
- لكي نتمكن من فصل النواة عن الإلكترونات، يجب أن تكتسب الإلكترونات طاقة هائلة للتحرر من قوة النواة الكهربائية والخروج من مدارها.
- الإلكترونات والبروتونات والنيوترونات هي جسيمات طويلة العمر إلى حد ما بالمقارنة بباقي جسيمات الذرة، ولاستحصالها يتطلب وجود طاقة عالية جدا وتنتهي في فترة قصيرة جدا وتنتقل إلى جسيمات أخرى أكثر استقرارا.
خصائص الذرة
- يعتبر العدد الذري من الخصائص الأساسية للذرة، ويعبر عن عدد البروتونات الموجودة داخل الذرة، أو عدد الشحنات الموجبة، أو الإلكترونات المتواجدة في الذرة بتوازن كهربائي.
- يترتب العدد الذري على التفاعلات الكيميائية، ولذلك يكون ذكره مهما عند مناقشة هذه التفاعلات.
- الكتلة الذرية، حيث يؤثر عدد النيوترونات المتعادلة على كتلة الذرة، ولكنه لا يؤثر على خواصها الكيميائية.
- لتوضيح 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.
- الفرق الوحيد بين نظيرين الكربون هو الكتلة الذرية.
- العدد الذري للذرة يكون مساويا لضرب مجموع البروتونات في مجموع النيوترونات.
- البروتونات والنيوترونات التي توجد على سطح نواة الذرة تكون أقل تماسكا من تلك الموجودة داخل النواة.
نموذج دالتون للذرة
- تعتمد نظرية دالتون على قانون الحفاظ على الكتلة والنسب الثابتة التي تم اكتشافها سابقا من قبل العلماء.
- تقوم النظرية على فكرة أن المواد تتكون من جسيمات عديدة لا يمكن تجزئتها، أي الذرات، وهي صغيرة جدا في الحجم.
- تتشابه ذرات نفس العنصر في الخصائص مثل الكتلة والشكل والحجم، وتختلف عن ذرات العناصر الأخرى.
- الذرة غير قابلة للتقسيم، وهي صغيرة جدا وتفتقر للصوت الداخلي.
- يمكن لذرات العناصر المختلفة أن تتحد مع بعضها البعض، ولكن بنسبة عددية صغيرة، وسيكون المركب الناتج مواد مختلفة.
- الاتحاد الكيميائي هو مجرد تغيير في توزيع الذرات.
- نظرية دالتون تمكنت من تحديد شكل الذرة وشرح بعض الحقائق التي لم يتمكن العلماء من تفسيرها، وتنبأت النظرية ببعض قوانين الكيمياء.
نموذج فارادي للذرة
- تمكن فاراداي من إثبات وجود شحنة كهربائية تسمى الإلكترونات في الذرات.
- لم ينشئ أي نماذج ذرية، ولكنه أجرى تجارب تحليل الملح.
نموذج طومسون للذرة
- اكتشف طومسون الجسيمات التي تشكل أشعة الكاثود وأثبت أنها أصغر حجما من الذرات، وأطلق عليها اسم الإلكترونات.
- تمكنت نموذج طومسون من إلغاء اعتقاد العلماء القدامى بأن الذرة نموذج غير قابل للتفكك.
- اكتشف طومسون أن الذرة ثابتة، وأن عدم وجود الإلكترونات في مواقعها الصحيحة سيدفعها للسعي إلى الاستقرار والعودة إلى مواقعها الأصلية.
- قال طومسون في نظريته أن الذرة كروية صامتة تحتوي على شحنات موجبة.
- تحتوي الذرة على إلكترونات سالبة تتواجد داخل النواة، وهكذا تحتوي بذور البرتقال على البذور بداخلها.
- قال إن الذرة متعادلة كهربيًا.
نموذج رذرفورد للذرة
- ثبت رذرفورد في تجربته أن الذرة تتألف من نواة موجودة في مركز الذرة، والإلكترونات تدور حول النواة ولها شحنة سالبة، وشبهها بنظامنا الشمسي.
- نفي أن الذرة صامتة، وقال إن معظمها فراغ، لأن حجم النواة صغير جدا مقارنة بحجم الذرة نفسها.
- تعتمد كتلة الذرة بشكل كبير على كتلة النواة، حيث يمكن تجاهل كتلة الإلكترونات لأنها صغيرة جدا.
- الذرة تحتوي على شحنات إيجابية وشحنات سالبة، الشحنات الإيجابية تكون في الذرة والشحنات السالبة هي شحنة الإلكترونات.
- عدد الشحنات الموجبة في نواة الذرة يكون مساويا لعدد الشحنات السالبة للإلكترونات، وبالتالي فإن الذرة تكون متعادلة كهربيا.
- الإلكترونات تدور حول نواة الذرة في مدارات خاصة بها.
- الذرة ثابتة لأن الإلكترونات تتأثر بقوتين متساويتين في القيمة، وتعني هذه القوتان قوة جاذبية النواة للإلكترونات وقوة الطرد المركزي الناتجة عن حركة الإلكترونات حول النواة، وهما يتناقضان في الاتجاه.
تناقض نموذج رذرفورد للذرة
- عند تطبيق قوانين الكهرومغناطيسية على الذرة، تصبح الذرة غير متوازنة ميكانيكيا.
- أظهرت التجارب أن كل نوع من الذرات ينبعث بطيف خطي خاص له وله طول موجي محدد، ولكن وفقا لما وضحه رذرفورد، فإن الإلكترون يدور حول النواة بتردد يتسبب في إشعاع طيف يغطي جميع الأطوال الموجية.
نموذج ذرة بور
- الإلكترونات تدور حول النواة في مستويات طاقة ثابتة ومحددة.
- كل مستوى طاقة للإلكترونات ثابت ومحدد، ويتم تمثيله بأرقام صحيحة ويعرف باسم الأعداد الكمية الرئيسية.
- لا يمكن للإلكترونات أن تسير في الفراغ بين النواة ومستويات الطاقة المحددة لها.
- عندما يبقى الإلكترون في مستوى طاقته، فإنه لا يفقد أي طاقة، وعندما يكتسب الإلكترون طاقة، يسمى ذلك طاقة امتصاص، وينتقل إلى مستوى طاقة أعلى، ولكنه سيفقد الطاقة المكتسبة بشكل ما على شكل طيف انبعاث.
النموذج الذري الحديث
- تتكون الذرة من نواة تحمل شحنة موجبة، ومصدر هذه الشحنة الموجبة هو البروتونات الموجودة في نواة الذرة.
- تتركز معظم كتلة الذرة في نواتها.
- تحيط الذرة بنواة إلكترونية سالبة تدور حولها في مستويات طاقة خاصة بها، وتتحرك الإلكترونات بسرعة هائلة جدا.
- الإلكترونات السالبة لها خواص الموجات.
- احتمالية وجود الإلكترونات في الفراغ بين نواة الذرة ومستويات الإلكترونات الخاصة بها أقل من 10%.
في التقرير السابق، شرحنا تعريف الذرة ومكوناتها الرئيسية، ودرسنا نماذج الذرات المختلفة للعلماء مثل رذرفورد ودالتون وبور وطومسون، وصلنا في النهاية إلى النموذج الذري الحديث للذرة.
