مما تتكون نواة الذرة

تتكون نواة الذرة من البروتونات التي تم اكتشافها على يد العالم إرنست رذرفورد عام 1920 ، والنيوترونات التي تم اكتشافها بواسطة جيمس تشادويك في عام 1932. وكل من البروتونات والنيوترونات تشبه كرات صغيرة يتراوح نصف قطرها ما بين عشرة إلى خمسة عشر مترًا أو ربع مليون متر، ويكون كلا الجسيمين في حالة التصاق ببعضهما البعض بالنواة.

وحينما تسخن الذرة، فإنها تقوم بإصدار الضوء المرئي ، ولكن حين تسخن النواة، فيصدر عنها أشعة جاما، ويقصد بجاما طاقة تعادل 100000 أو مليون مرة أكثر من الضوء المرئي، والعديد من النماذج تحاول وصف طريقة تصرف جزيئات النواة، لكن يعد نموذج الغلاف هو الأكثر نجاحًا حتى اليوم، والذي يضع النيوترونات والبروتونات بأغلفة طاقة مختلفة لكي يتم وصف انبعاث جاما.

ما هي نواة الذرة

نواه الذره ، والمعروفة كذلك باسم النواة الذرية، هي المركز الصغير الكروي والكثيف للذرة. النواة تحتوي على جسيمين دون ذريين وهما البروتونات والنيوترونات، البروتونات عبارة عن جسيمات موجبة الشحنة تبلغ كتلتها تقريبًا 1 amu (وحدة الكتلة الذرية)، وعدد البروتونات بالذرة يعرف برقمها الذري، ومن خلال عدد البروتونات أو العدد الذري تتحدد هوية الذرة، وكل نوع من العناصر بالجدول الدوري يمتلك عدد مختلف من البروتونات، حيث إن العدد الذري للهيدروجين هو 1 لاحتوائه على بروتون واحد فقط، أما النيتروجين فيحتوي على سبعة بروتونات، وإن أضيف بروتون له، يتحول النيتروجين إلى أكسجين، بينما إن فقد النيتروجين بروتونًا يصبح عندها كربونًا، نتيجةً لأن شحنة البروتونات موجبة، فإن شحنة النواة الكلية سوف تكون موجبة دائمًا، دون النظر لعدد البروتونات الموجودة.

كما تحتوي النواة على جسيم آخر دون ذري يعرف بالنيوترون، ولا تمتلك النيوترونات شحنة (وهو ما يعني أنها محايدة) وذات كتلة مساوية للبروتونات تقريبًا، والنيوترونات تؤدي وظيفتين أساسيتين، حيث تعطي النيوترونات كتلة للذرة، وهي جسيمات دون ذرية ستتحلل عبر أي نوع من الاضمحلال النووي، ومن ثم تطلق الطاقة، ولا يؤدي تغيير عدد النيوترونات لتغيير هوية الذرة، وبالرغم من ذلك، فإنه قد يغير من كتلته الذرية، ويطلق على ذرات العنصر نفسه بأعداد من النيوترونات مختلفة بالنظائر.

ما هي الذرة

الذرة هي أصغر وحدة بالمادة والتي تحافظ على خصائص تلك المادة. على سبيل المثال، تعتبر ذرة الذهب أصغر وحدة بذلك العنصر وستبقى تتمتع بكافة سلوكيات وخصائص الذهب، وإن تم تقسيم الذرة لمكوناتها، فإن الجسيمات دون الذرية في داخلها تمتلك خصائص فريدة لا تتشابه أبدًا مع العنصر الذي تمثله الذرة، والثلاثة أنواع للجسيمات دون الذرية هي النيوترونات والبروتونات والإلكترونات.

في الغالب ما تتكون الذرة من مساحة فارغة تشتمل على إلكترونات بمداراتها، والنواة تقع في مركز الذرة، وهي عبارة عن كرة صلبة من البروتونات والنيوترونات لها شحنة شاملة موجبة تستهلك قدرًا بسيطًا من مساحة الذرة ثلاثية الأبعاد، أما الشحنة الكلية للذرة فتكون محايدة.

التركيب الذري لنواه الذره

إن النواة تحتوي على النيوترونات والبروتونات، وهي عبارة عن كرة صغيرة للغاية وكثيفة يوجد بها معظم كتلة الذرة، وقد عُثر على الإلكترونات بالمدارات في سحابة الإلكترون المحيطة بالنواة، أما العنصر فهو نوع من المواد التي توضح خصائص فيزيائية وكيميائية فريدة لهذه الذرة، وهناك تأثير لأعداد كل من الجسيمات المختلفة دون الذرية على تلك الخصائص الفريدة.

• البروتونات.
• نيوترونات.
• الإلكترونات.

البروتونات: هي جسيمات موجبة الشحنة تتواجد بنواه الذره، وعدد البروتونات يرتبط بالنواة ارتباطًا وثيقًا بهوية الذرة / العنصر والمعروف بالرقم الذري، والبروتونات تجعل الشحنة الكلية للنواة موجبة.

نيوترونات: هي جسيمات محايدة تقع بنواه الذره، وعدد النيوترونات مع عدد البروتونات يشكل الكتلة الذرية للذرة، ويشار إلى أن الكتلة الذرية تمثل متوسط الوفرة النسبية لمختلف نظائر الذرة، والنظائر عبارة عن ذرات من ذات العنصر بأعداد من النيوترونات مختلفة بفعل الاضمحلال الإشعاعي.

الإلكترونات: عبارة عن جسيمات سالبة الشحنة تقع بالمدارات التي تدور حول النواة بالفضاء حول النواة المسماة بالسحب الإلكترونية، وللإلكترونات كتلة ضئيلة، حيث إنها تتكون من الطاقة بالكامل، بالذرة المحايدة، ويتساوى عدد الإلكترونات مع عدد البروتونات، وهو ما يعطي الذرة شحنة إجمالية محايدة.

خصائص النواة

تتميز النواة بالعديد من الخصائص الكيميائية والفيزيائية، وفي التالي توضيح لها:

• يدور الإلكترون على محوره خلال تحركه حول النواة.
• يبلغ المجموع العددي للبروتونات والنيوترونات الكتلة الذرية.
• النيوترون متعادل كهربائيًا، وبالرغم من ذلك يساهم بكتلة الذرة.
• تقع النواة وسط الذرة وتحتوي على كل من البروتونات والنيوترونات.
• تحدد النواة الشحنة الكلية على الذرة بسبب وجود بروتونات موجبة الشحنة.
• إن كتلة الذرة تحدد الخصائص الفيزيائية كنقطة الغليان ونقطة الانصهار، والكثافة وما إلى نحو ذلك.
• تبقى النواة ثابتة بمركز الذرة، في حين يدور الإلكترون حولها بفعل التجاذب بين الإلكترون سالب الشحنة والنواة الموجبة الشحنة.
• مسؤولة عن الخصائص الكيميائية للعنصر، مثل تفاعل العنصر مع العناصر الأخرى، تكافؤ الذرة، والعدد الكتلي والعدد الذري للذرة.
• كتلة الإلكترون تعتبر ضئيلة مقارنة بالنواة، وبالرغم من ذلك هي المسؤولة عن تكافؤ الذرة والتي تحدد مقدرة الذرة على المشاركة بأي تفاعل كيميائي.

اكتشاف نواه الذره

بدأ طومسون في تجربة أنابيب أشعة الكاثود وهي عبارة عن أنابيب زجاجية مغلقة بإحكام مع إزالة معظم الهواء، يتم تطبيق جهد عالي عبر قطبين في أحد طرفي الأنبوب، َوهو ما يتسبب بتدفق شعاع من الجسيمات من القطب السالب (مشحون سالبًا) للقطب الموجب (مشحون بشكل إيجابي)، نتيجةً لأن شعاع الجسيمات وهو (شعاع الكاثود) ينشأ عند الكاثود،

وقد قام طومسون باستخدام لوحين كهربائيين مشحونين بطريقةٍ معاكسة لإحاطة شعاع الكاثود، ثم توجيه الشعاع ثانيةً من الشحنة السالبة للوحة الكهربائية موجبة الشحنة، وهو ما يعني أن أشعة الكاثود مكونة من جسيمات سالبة الشحنة، حيث إن أشعة الكاثود هي جزيئات مشحونة سلبًا، وقد تقبل العلماء تدريجيًا اكتشافات طومسون، حتى أصبحت جسيمات أشعة الكاثود مشهورة ومعروفة باسم الإلكترونات.

أوضحت تجربة رذرفورد للرقائق الذهبية أن الذرة في الغالب ما تكون مساحة فارغة مع نواة صغيرة الحجم ومكتظة بشحنة وكثافة موجبة، وقد قام رذرفورد بوضع اقتراح النموذج النووي للذرة وفقًا إلى تلك النتائج، فقد اشتملت تجربة رذرفورد للرقائق الذهبية على إطلاق شعاع ألفا على لوح رفيع من رقائق الذهب، وأغلب الجسيمات مرت من خلال رقائق الذهب دون انحراف، لكن هناك عددًا صغيرًا قد انحرف قليلاً وانحرف جزء أصغر بمقدار تسعين درجة عن مسارها.

وهذا هو ما دفع رذرفورد ‘إلى اقتراح النموذج النووي، وهو ما ينص على أن الذرة مكونة من نواة صغيرة جدًا ذات شحنة موجبة يحيط بها إلكترونات سالبة الشحنة، وفقًا لعدد جسيمات ألفا المنحرفة بتجربته، وبناءًا لرذرفورد فقد استهلكت النواة جزءًا صغيرًا من حجم الذرة.