ما هو عالم الذرة

الذرة

مصطلح الذرة ظهر على يد الفيلسوف (ديموقريطيس) وذلك في القرن الخامس قبل الميلاد من غير دليل تجريبي يستند إليه، حيث تكلم عن وجود الذرة بشكل فلسفي، حيث إنّ كل شيئاً في الكون يتألف من أجزاء صغير، وهذه أجزاء تتكون أجزاءٍ أصغر وهكذا. حيث افترض (ديموقريطيس) أن المادة تتألف من أجزاء أولية ليست قابلة للانقسام، وأطلق عليها مصطلح الذرة، وبقي هذا المصطلح قابعٌ في ذاكرة التاريخ عبر الأجيال المتعاقبة، وفي القرن الثامن عشر جاء العالم الإنجليزي (دالتون) وأضاف على هذه المعلومات أن الذرات تتجاذب مع بعضها البعض وبشكل مُتحد لتصنع المركبات، ووضع هذا العالم قانونه الشهير في تفاعل الغازات.

مدخل لمعرفة البيئة الداخلية للذرة

في عام 1896م تم اكتشاف النشاط الإشعاعي للعناصر القليلة على يد العالم (هنري بيكريل)، ثم تم تصنيفها فيما بعد في ثلاثة إشعاعات هي أشعة ألفا (ِِA)، أشعة بيتا (B)، وأشعة جاما (Y)، حيث يعتبر هذا الاكتشاف هو المدخل الحقيقي لمعرفة بنية الذرة الداخلية.

عمليات البحث والتجربة

استفاد العالم الفيزيائي (رذرفورد) من هذه الإشعاعات في تجربته الشهيرة، واستنتج من تجربته أن حجم الذرة عبارة عن فراغ، ولكن مادتها وهي النواة تحتوي على جسم يجعل الأشعة منحرفة، وهذا الجسم هو البروتون ذو الشحنة الموجبة، وجاء بعد ذلك العالم (شادويك)، وأضاف إلى النواة جسم آخر يسمى بالنيترون، ذو الشحنة المتعادلة، فنموذج العالم رذرفورد -بشكل مختصر-هو عبارة عن نواة، وتتمركز حول هذه النواة بروتونات ونيترونات والتي تمثل حوالي 99.9% من حجم الذرة، وحول هذه النواة تدور الإلكترونات بشكل مشابه لدوران المجموعة الشمسية، فالنواة تشبه الشمس والكواكب تشبه الإلكترونات.
الذرة يتم قياسها بوجود الانجستروم، وهي تساوي واحد على عشرة مليون مليمتر، فمثلاً: قطر ذرة الهيدروجين حوالي 5% انجستروم. وإذا قمنا برص أكثر من 600 ألف مليار مليار ذرة بجانب بعضها البعض لتعطينا واحد جرام –فقط-!.

تطوّر النظريات

تطّور النظريات حول عالم الذرة، لكن أغلب هذه النظريات تهتم بشرح نمط جسيمات الذرة، ومن الجدير بالذكر ان معظم هذه النظريات بنت معلوماتها على نموذج العالم رذر فورد، حيث تبنى العالم (نيلزبوهر) نظرية أن الالكترونات تدور حول النوة في 7 مدارات، وكذلك رصد مدى استيعاب كل إلكترون على حدة، والمتحكم في ثبات وتغير هذه الإلكترونات على مداراتها هي الطاقة التي تحتويها. لكن المعضلة التي وجهته هي تحديد مكان الالكترون في مداره؛ بسبب سرعة الإلكترون الشديدة.

معرفتنا

النواة تحتوي البروتونات والنيترونات، ولكن هناك سؤال القائل “لماذا لا تتنافر البروتونات الموجبة المتجاورة في نواة الذرة؟”

بسبب أن هناك قوة يطلق عليها العلماء القوة النووية الشديدة، والتي تقوم بربط البروتونات مع بعضها البعض، فتتغلب على قوة التنافر بينهم، وهذه القوة تظهر كطاقة تعرف بالاندماج النووي.

الاندماج النووي

عندما تلتحم نواة ذرات صغيرة لتشكيل نواة كبرى، يصاحب عملية التحول هذه تحرر طاقة كبيرة وهذا ما يعرب بالاندماج النووي، وهذه العلمية تكون بحاجة إلى طاقة ضخمة، لكن ينتج عنها طاقة أكبر، مثل قلب الشمس تماماً. وهنا يلزمنا التعرف على الانشطار النووي.

الانشطار النووي

عبارة عن انفكاك نواة كبيرة -لا مستقرة- مكونة نواة أصغر، وهنا تتحر طاقة كبيرة، وذلك مثل انفكاك نواة اليورانيوم عندما تُقذف بنيترون لتشكل أنوية صغيرة، عمليات الانشطار مثل هذه تكون مُتحكم فيها أو غير مُتحكم كالمختبرات النووية، والقنابل الذرية.

تقنية المسرعات

للتعمق بداخل أسرار الذرة أكثر فأكثر، كان العلماء بحاجة إلى تكنولوجيا تسمح لهم بدخول عالم الذرة الصغير جداً، فكانت تقنية المسرعات تسمح لهم بذلك، هذه التقنية تعمل عل تسريع جسيمات الذرة كالبروتونات، فتعطيها طاقة مرتفعة جداً وبعد ذلك يسمح لهذه الجسيمات بصدم أجزاء نووية، وبعد عملية الاصطدام يتم بحث وفحص هذه النتائج؛ للتعرف على هذه الجسيمات بشكل أكبر.

العالم الحديث

بواسطة تقنية المسرعات، اكتشف العلماء جسيمات صغيرة داخل الذرة، حيث لم يعد أصغر جزء في الذرة هي البروتونات، الإلكترونات، النيترونات، فقد وجد حديثاُ أن هذه الجسيمات الثلاثة تتكون من أجسام أصغر منها، بل وقد ظهرت الكثير من الأجسام والتي تصنف حسب عائلاتها، حيث قسم العلماء الأجسام إلى ما يسمى بالفيرمونات، والتي تتكون منها (البروتونات، النيترونات، الإلكترونات)، وكذلك هناك البوزونات، وهي التي تحمل القوى الأربعة التي تؤثر أجسام الفيرمونات، ويقسم العلماء الفيرمونات إلى نوعين، هما:

• الهايدرونات: والتي تتألف من نوعين:
  • الباريونات المألفة من أجسام ثلاثة حاملة لشحنة كهربائية كسرية والمعروفة بالكوارك، والبروتون الذي يتألف من ثلاثة كوارك اثنان في الأعلى، وواحد في الأسفل، والنيترون ويتألف من ثلاثة كوارك اثنان سفلي، وواحد علوي.
  • أما النوع الثاني والتي تعرف بالميزونات، فإنها تتألف من أجسام أخرى، مثل: جسم البيون، الكاون، حيث إنّها تتألف من كوارين –فقط-.
• اللبتونات: والتي تحتوي على شحنة كهربائية تامة، مثل الإلكترون.

جسيم نيترينو الالكترون: هذه الجسم الذي يسير بسرعة الضوء، كذلك يعبر الأشياء من غير أن تقل سرعته، وله دور فعال في تحويل الطاقة في النجور إلى لهب منتشر، وهذا الجسيم يتواجد في الكون بشكل قليل.

ما هي القوى الأربع

هما القوة النووية الشديدة، والضعيفة، وقوة الجاذبية المعروفة، والقوى الكهرومغناطيسية.

الأجسام المضادة

كل جزيء له جزيء آخر مضاد له في الشحنة، ومتساوي معه في المميزات الأخرى، والذي وضح ذلك هو العالم الإنجليزي (بول دايراك). حيث إنّ البروتون السالب له ضد موجب، وكذلك الإلكترون الموجب له ضد سالب وهكذا..، وبقي هذا الأمر على ورق إلى أن جاء العلم التجريبي، فتم اكتشاف ضد الالكترون وهو البزي ترون، وغيرها من الأضداد، وهذا الأمر ينطبق على الجزيئات الدقيقة مثل الكوراك، والتي لها ضديد داخل الأجسام التي تتواجد فيها كالبيون، وحيث تتواجد كوارك علوي وكوارك سفلي، والأمر المدهش بحق، أن هناك الكثير من الدراسات التي تثبت أن الكوراك يتألف من أجسام أصغر، بل وتم إعطائها مسميات خاصة بها!.

تركيب الذرة

إنّ من أكثر النظريات العلمية التي تفسر الذرة، والمقبولة بين أوساط العلماء، هي النظرية الموجية للإلكترون، والتي تنص على التالي:

• أنّ الذرة تتكون من جسيمات تحت الذرية، كالبروتونات والإلكترونات، علماً بأن أغلب حجم الذرة يحتوي على فراغ.
• يوجد في مركز الذرة نواة ذات شحنة موجبة، والتي تتألف من البروتونات والنيترونات.
• نواة الذرة أصغر مئة ألف مرة من حجم الذرة.
• الفراغ الذي يتضمن المدارات تحتوي على إلكترونات في توزيع إلكتروني، محدد.
• المدار الذي من نوع (s) له سعة لإلكترونين، محكومين بأربع أرقام للكم.
• كل المدارات التي تحتوي على إلكترونات لها قيمة واحد فقط لعدد الإلكترونات الأربعة.
• المدارات لا تعتبر ثابتة ومعينة في الاتجاه، وإنما هي عبارة عن مناطق تكون حول النواة قد يتواجد فيها إلكترونين، وآخر حد للمدار تميز بقلة تواجد إلكترون بنسبة 90%.
• عندما يدخل إلكترون إلى ذرة ما، فإنه يأخذ أقل مستوى من مستويات الطاقة، والذي تكون في المدارات بالقرب من النواة -مستوى الطاقة الأولي-، وأما الإلكترونات التي تتواجد في مدارات التكافؤ –المدارات الخارجية-، تكون هي المسؤولة عن التوافق والترابط بين الذرات.