ما هي الذرة والإلكترون والنيوترون والبروتون؟

تعتبر الذرة ، المشتقة من كلمة يونانية تترجم بشكل فضفاض إلى "ما لا يمكن تقسيمه" ، على نطاق واسع الوحدة الأساسية لكل مادة. تتكون الذرات من جسيمات دون ذرية تسمى البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ، مع وجود الاثنين السابقين في نواة الذرة وتمثل كل كتلتها تقريبًا ، والإلكترونات محصورة في مدارات على حافة ذرة. يتراوح عدد البروتونات في الذرات الطبيعية من 1 إلى 92 ؛ تتوافق هذه الذرات المختلفة مع عناصر لها خصائص كهروكيميائية مختلفة بسبب كتلتها المتغيرة والترتيب الفريد للجسيمات المكونة لها الصغيرة في الفضاء.

الذرات عبارة عن جسيمات صغيرة للغاية ولا يمكن تقسيمها إلا بوسائل غير عادية. فكر في القطع التي تشكل أحجية الصور المقطوعة. يمكن فصل هذه القطع تقنيًا إلى قطع أصغر من الورق المقوى والورق عن طريق تدميرها ، ولكن لأغراض عملية ، فإن هذه القطع هي العناصر الأساسية غير القابلة للتجزئة لألغاز الصور المقطوعة.

تتكون الذرات من البروتونات التي تحمل شحنة كهربائية موجبة. الإلكترونات التي تحمل شحنة سالبة ؛ والنيوترونات التي لا تحمل أي شحنة. وبالتالي في ذرة عادية متعادلة كهربائيًا ، يكون عدد البروتونات وعدد الإلكترونات متساويًا.

تساوي الكتلة الذرية للذرة تقريبًا عدد البروتونات بالإضافة إلى عدد الإلكترونات ، نظرًا لأن كتلة الإلكترونات تكاد لا تذكر.

البروتون ، في الواقع ، هو جسيم مؤشر لأي ذرة. إن عدد البروتونات في الذرة هو الذي يحدد هوية العنصر الذي تنتمي إليه الذرة ؛ بمعنى آخر ، إذا كان لدى ذرتين عدد مختلف من البروتونات ، فهما ليسا نفس العنصر.

يحدد عدد البروتونات في العنصر العدد الذري ، Z. الهيدروجين هو أخف عنصر وله بروتون واحد (Z = 1) ؛ اليورانيوم هو أثقل عنصر موجود بشكل طبيعي ويحتوي على 92 بروتونًا (Z = 92). كل بروتون ، الذي تم تخصيص كتلة مقدارها 1.00728 وحدة كتلة ذرية (amu) ، له شحنة محددة على أنها +1.

يمكن أن توجد الذرات مع بروتون فقط في نواتها ، كما هو الحال مع ذرات الهيدروجين. ومع ذلك ، فإن النواة التي لا يوجد بها بروتون واحد على الأقل مصاحبة لها ليست ذرة.

تتشابه النيوترونات في الحجم مع البروتونات ، حيث يبلغ amu 1.00867 ، كما أنها تسكن نواة الذرات. عادة ما يكون عدد النيوترونات في الذرة في التكوين الأكثر استقرارًا للعنصر أكبر من عدد البروتونات ، مع زيادة هذا التباين مع زيادة العدد الذري. تحتوي ذرة الهيدروجين ، على سبيل المثال ، على بروتون ولكن لا تحتوي على نيوترونات ، بينما تحتوي ذرة الهيليوم على اثنين من كل ذرة. من ناحية أخرى ، يحتوي القصدير على 50 بروتونًا و 69 نيوترونًا ، بينما يحتوي اليورانيوم على 92 و 146 على التوالي.

عدد البروتونات بالإضافة إلى النيوترونات في الذرة هو العدد الكتلي ، M. وبالتالي فإن عدد النيوترونات في الذرة هو عدد كتلتها الذرية مطروحًا منها العدد الذري ، أو M - Z.

إذا اكتسبت الذرة النيوترونات أو فقدت ، فإنها تظل نفس العنصر ولكنها تصبح نظيرًا لهذا العنصر. يتم التعرف على النظائر المختلفة من خلال إلحاق M بالركن الأيسر العلوي للاختصار لهذا العنصر. على سبيل المثال، ¹⁴C هو نظير للكربون (Z = 6) يحتوي على ثمانية نيوترونات بدلاً من الستة المعتادة.

الإلكترونات هي جزيئات صغيرة (0.000549 amu) سالبة الشحنة توصف بأنها تدور حول البروتونات والنيوترونات التي تشكل نواة الذرة ، بطريقة الكواكب التي تدور حول الشمس. هذا وصف تقريبي في أحسن الأحوال ، حيث أدت التطورات في فيزياء الكم إلى مفهوم المدارات المنفصلة حول النواة بين التي قد "تقفز" الإلكترونات. تتوافق هذه المدارات مع مستويات طاقة كهرومغناطيسية مختلفة ويُطلق عليها أسماء مثل s ، p ، d و. تنبع حركة الإلكترونات من شحنتها - 1 وانجذابها إلى النواة الموجبة الشحنة.

عادةً ما يكون عدد الإلكترونات في الذرة مساويًا لـ Z ، مما يجعل هذه الذرات محايدة في الشحنة الكلية. تحتوي بعض الذرات على أعداد مختلفة من البروتونات والإلكترونات ، مما ينتج عنه صافي شحنة موجبة أو سالبة. تسمى هذه الذرات أيونات.