ما هي الذرة؟ ومكوناتها ؟

ما هي الذرة؟ و مكوناتها ؟الذرة هي أصغر حجر بناءٍ أو أصغر جزء من العنصر الكيميائي يمكن الوصول إليه والذي يحتفظ بالخصائص الكيميائية لذلك العنصر. يرجع أصل الكلمة الإنجليزية (بالإنجليزية: Atom)‏ إلى الكلمة الإغريقية أتوموس، والتي تعني غير القابل للانقسام؛ إذ كان يعتقد أنه ليس ثمة ما هو أصغر من الذرة. تتكون الذرة من سحابة من الشحنات السالبة (الإلكترونات) التي تدور حول نواة موجبة الشحنة صغيرة جدًا في المركز، وتتكون النواة من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة، وتعدّ الذرة هي أصغر جزء من العنصر يمكن أن يتميز به عن بقية العناصر؛ إذ كلما غصنا أكثر في المادة لنلاقي البنى الأصغر لن يعود هناك فرق بين عنصر وآخر. فمثلاً، لا فرق بين بروتون في ذرة حديد وبروتون آخر في ذرة يورانيوم مثلًا، أو ذرة أي عنصرٍ آخر. الذرة، بما تحمله من خصائص؛ عدد بروتوناتها، كتلتها، توزيعها الإلكتروني…، تصنع الفروقات بين العناصر المختلفة، وبين الصور المختلفة للعنصر نفسه (المسماة بالنظائر)، وحتى بين كَون هذا العنصر قادرًا على خوض تفاعل كيميائي ما أم لا.

الذرات هي الوحدات الأساسية للمادة والبنية المحدِدة للعناصر. ومصطلح (ذرة) يأتي من الكلمة اليونانية “Indivisible” وتعني «غير قابلة للتجزئة»، لأن اليونانيين آنذاك كانوا يعتقدون بأن الذرة هي أصغر الأشياء في الكون ولا يمكن تجزئتها. لكن نحن الآن نعرف أن الذرات تتكون من ثلاثة أنواع من الجسيمات (مكونات الذرة): البروتونات ، النيوترونات ، و الإلكترونات ، ونعلم أنها هي الأخرى مكونة من جزيئات أصغر حجمًا مثل الكواركات.

تشكلت الذرات بعد الانفجار الكبير أي قبل 13.7 مليار سنة. وعندما بدأ الكون الحار والكثيف جدًا بالتوسع أصبح أكثر برودة، وعندها سمحت الظروف بتكون الكواركات والإلكترونات. تجمعت الكواركات معًا لتشكيل البروتونات والنيوترونات، ودُمجت هذه الجسيمات في النواة. حدث هذا كله خلال الدقائق القليلة الأولى من نشأة الكون، وفقًا لـ”CERN”.

البروتونات هي جزيئات ذات شحنة موجبة موجودة داخل نواة الذرة وقد تم اكتشافها من قبل العالم رذرفورد في تجاربه على أنابيب أشعة الكاثود وتبلغ الكتلة النسبية للبروتونات 1.673×10-27 كغم، كما يشار إلى عدد البروتونات في الذرة بالعدد الذري لهذا العنصر بالإضافة الى أن عدد البروتونات يحدد السلوك الكيميائي للعنصر. الإلكترونات: هي جسيمات سالبة الشحنة تحيط بنواة الذرة في مسارات تسمى بالمدارات، وتبلغ الكتلة النسبية للإلكترونات حوالي 9.109×10-31 كغم، وقد تم اكتشافها بواسطة العالم ثومسون وهو عالم فيزيائي بريطاني قام باكتشاف الإلكترون في عام 1897، ويكون شكل المدارات الداخلية للإلكترونات المحيطة بالذرة كروي أما شكل المدارات الخارجية فيكون أكثر تعقيدًا بكثير. النيوترونات: النيوترونات هي جزيئات غير مشحونة موجودة في جميع أنوية الذرات باستثناء ذرة الهيدروجين وتبلغ الكتلة النسبية للنيوترونات 1.6749×10-27، وقد تم اكتشاف وجود النيوترونات بواسطة رذرفورد في عام 1920 وأثبت وجودها العالم تشادويك في عام 1932 حيث قام بالعثور على النيوترونات خلال التجارب التي تم فيها إطلاق الذرات على صفيحة رقيقة من البيريليوم.

نظرية دالتون الذرية بعد تعريف الذرة ومكوناتها لا بد من التطرق الى أشهر النظريات التي فسرت ماهية الذرة، فحتى القرن الثامن عشر لم يكن هناك أي دليل تجريبي على وجود الذرات واستغرق الأمر حتى نهاية القرن الثامن عشر حتى يقدم العلم دليلًا ملموسًا على وجودها، ففي عام 1789 صاغ أنطوان لافوازييه قانون حفظ الكتلة والذي ينص على أن كتلة نواتج التفاعل تكون مساوية لكتلة المواد المتفاعلة، ثم قام جون دالتون بالبناء على قانون لافوازييه لصياغة قانونه الذي ينص على أن ذرات العناصر تتحد بنسب عددية ثابتة لتكوين المركبات الكيميائية، وقد استمد دالتون قانونه بشكل رئيس من البيانات التجريبية، وبين أن كل عنصر كيميائي يتكون من نوع واحد من الذرات التي لا يمكن تجزئتها بأي وسيلة كيميائية، وتم عرض هذا القانون بشكل شفوي عام 1803 بينما تم نشره عام 1805 ومثل ذلك البداية العلمية للنظرية الذرية، وفي عام 1811 قام العالم أميديو أفوغادرو بتصحيح مشكلة في نظرية دالتون عندما بين أن الأحجام المتساوية من الغازات في درجة حرارة وضغط متساوية تحتوي على نفس عدد الجزيئات حيث أتاح قانون أفوغادرو تقدير

الكتل الذرية للعناصر بدقة والتمييز الواضح بين الذرات والجزيئات.نموذج ثومسون ونموذج رذرفورد في عام 1897 اكتشف ثومسون الإلكترون وكان يعتقد أن الذرات يمكن تقسيمها ونظرًا لأن الإلكترون يحمل شحنة سالبة فقد اقترح نموذجًا للذرة يشبه فطيرة البرقوق حيث قام بدمج الإلكترونات في كتلة ذات شحنة موجبة لإنتاج ذرة محايدة كهربائيًا، وبعدها قام أرنست رذرفورد وهو أحد طلاب ثومسون بدحض هذه النموذج في عام 1909 ووجد رذرفورد أن الشحنة الموجبة للذرة ومعظم كتلتها كانت في مركز أو نواة الذرة، واقترح العالم رذرفورد نموذجًا كوكبيًا للذرات وبحسب هذا النموذج فإن الإلكترونات تدور حول النواة كما تدور الكواكب حول الشمس. نموذج بور للذرة كان نموذج رذرفورد يسير على المسار الصحيح لكنه لم يستطع تفسير أطياف الانبعاث والامتصاص للذرات ولماذا لا تصطدم الإلكترونات بالنواة، وفي عام 1913 اقترح نيلز بور نموذجه الذي يقوم على أن الإلكترونات تدور حول النواة في مستويات طاقة منفصلة على مسافات محددة من النواة، ووفقًا لنموذج بور لا تتمكن الإلكترونات من الالتحام داخل النواة ولكن يمكنها أن تقفز قفزات نوعية بين مستويات الطاقة.

علم الكيمياء هو العلم الذي يعنى بخواص المواد وتركيبها وهيكلها والتحولات التي تمر بها والطاقة التي يتم إطلاقها أو امتصاصها أثناء هذه التحولات، فكل مادة سواء كانت طبيعية أو منتجة بشكل مصطنع تتكون من نوع واحد أو أكثر من الأنواع الفردية من الذرات التي تم تحديدها كعناصر كيميائية، وعلى الرغم من أن هذه الذرات تتكون بدورها من جزيئات أولية إلا أنها تشكل اللبنات الأساسية للمواد الكيميائية بحيث لا توجد كمية من الأكسجين أو الزئبق أو الذهب أصغر من ذرات تلك المواد، لذلك لا تهتم الكيمياء بالنطاق دون الذري بل بخصائص الذرات وتوليفها والقوانين التي تحكمها وكيف يمكن استغلال معرفة هذه الخواص لتحقيق أغراض محددة

ظل وما زال تركيب الذرة وما يجري في هذا العالم البالغ الصغر يشغل العلماء ويدفعهم إلى اكتشاف المزيد. ومن هنا أخذت تظهر فروع جديدة في العلم حاملة معها مبادئها ونظرياتها الخاصة بها، بدءًا بمبدأ عدم التأكد (اللاثقة)، مرورًا بنظريات التوحيد الكبرى، وانتهاءً بنظرية الأوتار الفائقة. الذرة اصغر من الجزيء ويمكن لذرتين أو أكثر تكوين جزيء