قد تكون سمعت أن الذرات تمثل أصغر جزء ممكن من أي نوع معين من المادة. إذا كنت محظوظًا بما يكفي لامتلاك لبنة وزنها رطل واحد من عنصر الذهب (Au) ، فيمكنك تقسيمها إلى قطع أصغر وأصغر حتى يتبقى لك ذرات الذهب فقط ؛ من الممكن إجراء المزيد من التقسيمات ، لكن أيا من المكونات الناتجة خاصة بالذهب.
يتضمن الجدول الدوري للعناصر 118 نوعًا فرديًا من الذرات (أي العناصر) ، تحتوي جميعها على عدد فريد من البروتونات والإلكترونات وعدد مماثل من النيوترونات. ولكن ما مدى صغر هذا الكيان الصغير للغاية؟ هل هناك طريقة لربط حجم الذرة إلى نصف قطر أي شيء في تجربتك الخاصة؟
ما هي اجزاء الذرة؟
تحتوي جميع الذرات على واحدة على الأقل بروتون برقم بروتون يحدد هوية العنصر. عنصر له رقم ذري ، المعرف الفريد المرتبط برقم البروتون ورمز مؤلف من حرف واحد أو حرفين (على سبيل المثال ، Ca للكالسيوم ، العنصر رقم 20 في الجدول الدوري).
في الحالة المحايدة غير المشحونة ، كل ذرة لها نفس العدد من الإلكترونات كما تفعل البروتونات. العناصر التي تبدأ بالهيليوم تحتوي أيضًا على عدد من النيوترونات مشابه لعدد البروتون وعادة ما يكون أكثر قليلاً. المتغيرات من العناصر ذات الأعداد المختلفة من النيوترونات تسمى النظائر.
البروتونات سالبة الشحنة وتتجمع مع النيوترونات لتشكيل النواة الذرية. في غضون ذلك ، تتحرك الإلكترونات سالبة الشحنة على مسافات كبيرة من النواة بالنسبة للحجم الكلي للذرة ، كما سترون بالتفصيل.
ما هي القوى التي تحدد الحجم الذري؟
تتميز الذرات بكميتها الهائلة من المساحة الخالية ، والتي تبدو غريبة على ما يبدو حول شيء بالغ الصغر بالفعل. يُعرَّف نصف القطر الذري عادةً بأنه المسافة من مركز النواة إلى الأبعد مدار الإلكترون. بهذا المعنى ، يمكن تمثيل الذرة بيانيا على أنها دائرية ، مع النواة في المركز والقشرة الإلكترونية الخارجية التي تشكل قوس الدائرة.
عندما تنتقل من اليسار إلى اليمين على طول الصف ، يزداد كل من رقم البروتون ورقم الإلكترون بمقدار واحد مع كل تغيير في العنصر. ومع ذلك ، نظرًا لأن الإلكترونات تُضاف بطريقة مبعثرة بفضل قواعد الملء المداري الإلكتروني أثناء تزايد الشحنة الموجبة لـ تظل النواة مركزة في مساحة صغيرة واحدة ، ويتم سحب الإلكترونات بالقرب من النواة حتى تكون الغازات النبيلة في الفترة 18 من كل منها صف.
بعد ذلك ، مع القفز إلى الصف التالي ، تم العثور على الإلكترونات الخارجية للذرات في مستوى طاقة جديد تمامًا ، مما يؤدي إلى زيادة نصف القطر الذري بشكل كبير. بعد ذلك ، يتناقص نصف القطر على طول الصف الجديد في الجدول الدوري ، كما كان من قبل.
ما هو حجم النواة الذرية؟
لا توجد صيغة رسمية لنصف القطر الذري تنطبق على جميع الذرات ، ولكن في الذرات المترابطة تساهميًا ، يمكن تقدير نصف القطر بقسمة المسافة بين النوى الذرية على اثنين.
يتم تحديد نصف القطر الذري عمومًا عن طريق التجريب والطرح. إذا كان نصف قطر ذرة واحدة معروفًا (على سبيل المثال ، الكالسيوم ، حوالي 178 بيكومتر أو م ، يساوي 1.78 10–10 م) ، والمسافة بين نوى جزيء سيلينيد الكالسيوم (CaSe) هي 278 م ، يمكنك طرح 178 من 278 للحصول على تقدير معقول لنصف قطر ذرة السيلينيوم (100 م).
من حيث التشبيهات في العالم الحقيقي ، يتعلق أحد الأحجام الكلاسيكية لمقارنة الذرة بالملعب الرياضي. ال نصف قطر النواة نفسها فقط عن 1 × 10–15 م بغض النظر عن العنصر ، وفي ذرة نموذجية ، سيكون الإلكترون الخارجي قريبًا من ملعب كرة قدم بعيدًا ، أو حوالي 100 متر.
مخطط حجم Atom
راجع الموارد للحصول على رسم بياني يوضح القيم التقريبية لأول 86 عنصرًا في الجدول الدوري. وتتراوح هذه من حوالي 40 م للهيدروجين إلى حوالي 240 م للسيزيوم.