يمكن تحديد موقع الإلكترونات بدقة حول النواة

ربما تبدو كلمة الإلكترون والبروتون والنيوترون جميعها أسماء لمصطلح واحد ولكنها حقيقية تختلف من حيث الخصائص والمكان ونحن في المقال التالي سوف نتناول الذرة ومكوناتها وإمكانية تحديد موقع الإلكترون بدقة حول نواة الذرة.

يمكن تحديد موقع الإلكترونات بدقة حول النواة

 يمكن تحديد موقع الإلكترونات بدقة حول النواة

تتواجد الإلكترونات خارج النواة وتحمل شحنات سالبة والنواة موجبة الشحنة ونظراً لاختلاف الشحنات فالشحنات السالبة تنجذب للشحنات الموجبة وقوة الجذب هذه تعمل على إبقاء الإلكترونات تتحرك باستمرار عبر  الفضاء الخارج من النواة، لذا تعد هذه العبارة خاطئة حيث لا يمكن تحديد موقع الإلكترونات بدقة حول النواة على عكس البروتونات والنيوترونات الموجودة داخل النواة في مركز الذرة.

ما هي الإلكترونات

الإلكترونات هي أجسام دون ذرية ( أصغر من الذرة) كروية الشكل تحمل شحنات سالبة ولا توجد لها وحدة بناء أساسية تتكون منها حيث يعتقد العلماء أنها جسيمات أولية أي اللبنات الأساسية للكون.

كتلة الإلكترون تساوي 1/1836 من كتلة البروتون ويوجد لها جسيمات مضادة تسمى البوزيترونات تحمل شحنة موجبة وهي متطابقة معها في كل شيء فيما عدا اختلافها معها في الخصائص فعندما يتصادمان يُفني أحدهما الآخر وينتج زوج أو أكثر من فوتونات أشعة غاما، تفاعلات الإلكترونات جاذبية وكهرومغناطيسية وضعيفة.

ما هي خصائص الالكترون؟

• الإلكترون يتم الإشارة إليه بالرمز (e-) حيث أن خصائصه مستقلة عن الغاز في أنبوب التفريغ وله ثلاث خصائص أساسية وهي الشحنة والكتلة والدروران.
• تنتمي الإلكترونات في النموذج القياسي لفيزياء المجسمات إلى مجموعة من جسيمات دون ذرية تسمى لبتونات وتعتبر جسيمات أولية أو أساسية.
• الإلكترونات هي أقل كتلة من أي جسيم لبتون مشحون.
• تعادل الكتلة الساكنة للإلكترون تقريبا 9.109×10−31 كغم، أو 5.489×10−4 وحدة كتل ذرية. على أساس مبدأ آينشتاين لتكافؤ المادة والطاقة.
• وكتلته تعادل تقريبا 1836/1 من كتلة البروتون. وتبين القياسات الفلكية أن نسبة كتلة البروتون-الإلكترون هي نفس القيمة منذ نصف عمر الكون، كما هو المتوقع في النموذج القياسي.
• تدور الإلكترونات على المحاور الخاصة بها بنفس الطريقة التي تدور بها الكواكب حيث أن الإلكترونات الدوارة مثل أي شحنة كهربائية متحركة تخلق مجالاً مغناطيسياً حول نفسها ويقوم هذا المجال بالتأثير على طريقة ترتيب الإلكترونات في الذرات وكيفية تفاعلها مع بعضها البعض والحقل المغناطيسي هو المسؤول أيضاً عن الخصائص المغناطيسية للمواد.

تعريف الذرة

• جميع المواد فيما عدا المادة المظلمة تتكون من جزيئات والجزيئات تتكون من ذرات، حيث أن الذرات تتكون من جزئين وهما النواة والسحابة الإلكترونية.
• الذرة تسمى في الإنجليزية (atom) وتعد هي أصغر شيء يمكن الحصول عليه في المادة عند تجزئتها، وهي متعادلة الشحنة بينما أجزاء لذرة تحتوي على شحنات كهربائية وتعتبر هي حجر الأساس في الكيمياء.
• كل المواد التي توجد في الكون تعتبر الذرة هي المكون الأساسي لها حيث أن كل عنصر من عناصر الجدول الدوري له التركيب الذري الخاص به والمختلف عن باقي العناصر ولذا كل عنصر يكون له خصائصه الفيزيائية اعتماداً على كتلته الذرية.

مجال الطاقة في الذرة

مستوى الطاقة هي المسافة المعينة بين النواة الموجودة في الذرة والموقع المحتمل لوجود الإلكترونات السالبة حول النواة حيث أن الإلكترونات تدور في مدارات حول النواة الموجبة.

توجد هذه المدارات داخل مستويات يطلق عليها مستويات الطاقة الفرعية وهذه المستويات الفرعية توجد في المستويات الرئيسية حيث يتم توزيعها في المستويات الرئيسية على حسب أقصى عدد من الإلكترونات في مستوى الطاقة الرئيسي.

مستويات الطاقة تتشابه كثيراً مع سلالم الدرج حيث يمكنك الوقوف على أي درجة ولا تتمكن من الوقوف بينهما وهكذا تتوزع الإلكترونات على المستويات ولا تتواجد في الفراغ بينهم.

ما هي مكونات الذرة؟

تتكون الذرة من ثلاث مكونات رئيسية وهي:

• البروتونات

البروتون هو جسيم دون ذري يمتلك شحنة موجبة تساوي مقدار شحنة الإلكترون ويتميز بأن كتلة تبلغ 1.67262×10-27 كغ  وهي تساوي 1836 ضعف كتلة الإلكترون.

عدد البروتونات هو العدد الذي يمثل العدد الذري للعنصر وهو ما يعمل على تحديد ترتيب العناصر في الجدول الدوري.

حتى القرن العشرين كان يعتقد العلماء أن البروتون جسيم أولي أي لا يمكن تقسيمه ولا يحتوي على شيء بداخله ولكن قام علماء الفيزياء بالكشف عن البروتونات وتم تصنيفها ضمن الباريونات والباريونات عبارة عن جسيمات تتكون بشكل أساسي من ثلاث جسيمات أولية تعرف باسم الكواركات.

• النيوترونات

النيوترون هو جسيم دون ذرية يوجد في أنوية جميع العناصر ما عدا الهيدروجين العادي حيث أن نواته تحتوي على بروتون واحد فقط، النيوترونات لا تحتوي على شحنة كهربائية.

كتلتها تبلغ 1.67493×10-27كغ؛ أي أنّه أثقل من البروتون بقليل، وهو ما يعادل ضعف كتلة الإلكترون بـ 1839 مرّةً.

تم إطلاق اسم النيوكليونات على البروتونات والنيوترونات لأنها يتواجدان في الحيز الضيق والكثيف الذي يمثل 99.9% من كتلة الذرة وهو ما يعرف بالنواة.

كما كان الحال المتعارف عليه في البروتون هو نفسه أيضاً في النيوترون من حيث اعتقاد أنه جسيم أولي ولكن تم معرفة أنه يتبع لمجموعة الباريونات التي تحتوي على ثلاثة كواركات وهو يحافظ على تماسك النواة بالرغم من عدم تواجد جسيمات سالبة داخلها بل جسيمات متعادلة وموجبة فقط وهو ما يسمى بالقوى النووية القوية التي تفوق قوة تنافر البروتونات الموجبة مع بعضها البعض وتحافظ على تماسك النواة.

• الإلكترونات