يُترجم اسم "atom" من اليونانية إلى "غير قابل للتجزئة". كل شيء حولنا - المواد الصلبة والسوائل والهواء - يتكون من مليارات هذه الجسيمات.
ظهور النسخة عن الذرة
أصبحت الذرات معروفة لأول مرة في القرن الخامس قبل الميلاد ، عندما اقترح الفيلسوف اليوناني ديموقريطوس أن المادة تتكون من جزيئات صغيرة متحركة. ولكن بعد ذلك لم يكن من الممكن التحقق من نسخة وجودهم. وعلى الرغم من عدم تمكن أي شخص من رؤية هذه الجسيمات ، فقد تمت مناقشة الفكرة ، لأن الطريقة الوحيدة التي يمكن للعلماء من خلالها شرح العمليات التي تحدث في العالم الحقيقي. لذلك ، كانوا يؤمنون بوجود الجسيمات الدقيقة قبل وقت طويل من إثبات هذه الحقيقة.
فقط في القرن التاسع عشر. بدأ تحليلها على أنها أصغر مكونات العناصر الكيميائية ، ولها خصائص معينة للذرات - القدرة على الدخول في مركبات مع الآخرين بكمية محددة بدقة. في بداية القرن العشرين ، كان يُعتقد أن الذرات هي أصغر جزيئات المادة ، حتى ثبت أنها تتكون من وحدات أصغر.
ما هو العنصر الكيميائي المصنوع؟
ذرة العنصر الكيميائي هي لبنة بناء مجهرية للمادة. أصبح الوزن الجزيئي للذرة السمة المميزة لهذه الجسيمات الدقيقة. فقط اكتشاف قانون مندليف الدوري أثبت أن أنواعها هي أشكال مختلفة من مسألة واحدة. إنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها باستخدام المجاهر العادية ، فقط أقوى الأجهزة الإلكترونية. وبالمقارنة ، فإن الشعر في يد الإنسان أعرض مليون مرة.
يحتوي الهيكل الإلكتروني للذرة على نواة ، تتكون من نيوترونات وبروتونات ، بالإضافة إلى إلكترونات تقوم بدوران حول المركز في مدارات ثابتة ، مثل الكواكب حول نجومها. كلهم مرتبطون ببعضهم البعض بواسطة القوة الكهرومغناطيسية ، وهي واحدة من أربع قوى رئيسية في الكون. النيوترونات عبارة عن جسيمات ذات شحنة متعادلة ، ويتم تزويد البروتونات بشحنة موجبة والإلكترونات سالبة الشحنة. تنجذب الأخيرة إلى البروتونات الموجبة الشحنة ، لذا تميل إلى البقاء في المدار.
هيكل الذرة
في الجزء المركزي توجد نواة تملأ الجزء الأدنى من الذرة بأكملها. لكن الدراسات تظهر أن الكتلة بأكملها تقريبًا (99.9 ٪) تقع فيه. تحتوي كل ذرة على بروتونات ونيوترونات وإلكترونات. عدد الإلكترونات الدوارة فيه يساوي الشحنة المركزية الموجبة. الجسيمات التي لها نفس الشحنة النووية Z ، ولكن الكتلة الذرية المختلفة A وعدد النيوترونات في النواة N تسمى النظائر ، ومع نفس A و Z و N المختلفة تسمى isobars. الإلكترون هو أصغر جسيم في المادة سالبالشحنة الكهربائية e=1.6 10-19 كولوم. تحدد شحنة أيون عدد الإلكترونات المفقودة أو المكتسبة. تسمى عملية تحول ذرة محايدة إلى أيون مشحون بالتأين.
نسخة جديدة من النموذج الذري
اكتشف الفيزيائيون العديد من الجسيمات الأولية الأخرى حتى الآن. الهيكل الإلكتروني للذرة له نسخة جديدة
يُعتقد أن البروتونات والنيوترونات ، مهما كانت صغيرة ، تتكون من أصغر الجسيمات تسمى الكواركات. إنها تشكل نموذجًا جديدًا لبناء الذرة. كما اعتاد العلماء على جمع الأدلة على وجود النموذج السابق ، فإنهم اليوم يحاولون إثبات وجود الكواركات.
RTM جهاز المستقبل
يمكن للعلماء المعاصرين رؤية الجسيمات الذرية لمادة ما على شاشة الكمبيوتر ، وكذلك تحريكها فوق السطح باستخدام أداة خاصة تسمى مجهر المسح النفقي (RTM).
هذه أداة محوسبة بطرف يتحرك برفق شديد بالقرب من سطح المادة. عندما يتحرك الطرف ، تتحرك الإلكترونات عبر الفجوة بين الطرف والسطح. على الرغم من أن المادة تبدو ناعمة تمامًا ، إلا أنها في الواقع غير متساوية على المستوى الذري. يقوم الكمبيوتر بعمل خريطة لسطح المادة ، مكونًا صورة لجزيئاتها ، وبالتالي يمكن للعلماء رؤية خصائص الذرة.
الجسيمات المشعة
دائرة الأيونات السالبة الشحنة حول النواة على مسافة كبيرة بدرجة كافية. إن بنية الذرة تجعلها كاملةمحايدة حقًا ولا تحتوي على شحنة كهربائية لأن كل جسيماتها (البروتونات والنيوترونات والإلكترونات) متوازنة.
الذرة المشعة هي عنصر يمكن تقسيمه بسهولة. يتكون مركزها من العديد من البروتونات والنيوترونات. الاستثناء الوحيد هو مخطط ذرة الهيدروجين ، الذي يحتوي على بروتون واحد. النواة محاطة بسحابة من الإلكترونات ، وجاذبيتها هي التي تجعلها تدور حول المركز. البروتونات بنفس الشحنة تتنافر.
هذه ليست مشكلة بالنسبة لمعظم الجسيمات الصغيرة التي تحتوي على العديد منها. لكن بعضها غير مستقر ، خاصة الكبيرة منها مثل اليورانيوم الذي يحتوي على 92 بروتونًا. في بعض الأحيان لا يستطيع مركزه تحمل مثل هذا العبء. يطلق عليهم اسم المواد المشعة لأنها تنبعث منها عدة جسيمات من لبها. بعد أن تخلصت النواة غير المستقرة من البروتونات ، تشكل البروتونات المتبقية ابنة جديدة. يمكن أن يكون مستقرًا اعتمادًا على عدد البروتونات في النواة الجديدة ، أو يمكن أن ينقسم أكثر. تستمر هذه العملية حتى تبقى نواة الطفل مستقرة.
خصائص الذرات
الخصائص الفيزيائية والكيميائية للذرة تتغير بشكل طبيعي من عنصر إلى آخر. يتم تحديدها من خلال المعلمات الرئيسية التالية.
الكتلة الذرية. نظرًا لأن المكان الرئيسي للجسيمات الدقيقة يشغلها البروتونات والنيوترونات ، فإن مجموعها يحدد العدد الذي يتم التعبير عنه بوحدات الكتلة الذرية (amu) الصيغة: A=Z + N
نصف القطر الذري. يعتمد نصف القطر على موقع العنصر الكيميائي في نظام منديليفالروابط وعدد الذرات المجاورة والعمل الميكانيكي الكمومي. نصف قطر النواة أصغر بمئة ألف مرة من نصف قطر العنصر نفسه. يمكن أن تفقد بنية الذرة الإلكترونات وتصبح أيونًا موجبًا ، أو تضيف إلكترونات وتصبح أيونًا سالبًا.
في نظام مندليف الدوري ، أي عنصر كيميائي يأخذ مكانه المخصص. في الجدول ، يزداد حجم الذرة كلما تحركت من أعلى إلى أسفل وينقص كلما تحركت من اليسار إلى اليمين. من هنا ، أصغر عنصر هو الهيليوم وأكبر عنصر هو السيزيوم.
التكافؤ. يُطلق على الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة اسم غلاف التكافؤ ، وقد حصلت الإلكترونات الموجودة فيه على الاسم المقابل - إلكترونات التكافؤ. يحدد عددهم كيفية ارتباط الذرة بالآخرين عن طريق رابطة كيميائية. من خلال طريقة إنشاء الجسيمات الدقيقة الأخيرة ، يحاولون ملء غلاف التكافؤ الخارجي.
الجاذبية ، الجاذبية هي القوة التي تحافظ على الكواكب في المدار ، بسبب سقوط الأجسام المنبعثة من اليدين على الأرض. يلاحظ الشخص الجاذبية أكثر ، لكن الفعل الكهرومغناطيسي أقوى بعدة مرات. القوة التي تجذب (أو تصد) الجسيمات المشحونة في الذرة هي أقوى من الجاذبية بداخلها بمقدار 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 مرة. لكن هناك قوة أقوى في مركز النواة يمكنها أن تجمع البروتونات والنيوترونات معًا.
التفاعلات في النوى تخلق طاقة كما هو الحال في المفاعلات النووية حيث تنقسم الذرات. كلما كان العنصر أثقل ، زاد عدد الجسيمات التي تتكون منها ذراته. إذا جمعنا العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات في عنصر ما ، فسنجدهالجماعية. على سبيل المثال ، اليورانيوم ، أثقل عنصر موجود في الطبيعة ، له كتلة ذرية من 235 أو 238.
تقسيم الذرة إلى مستويات
مستويات الطاقة في الذرة هي حجم الفضاء حول النواة ، حيث يتحرك الإلكترون. هناك 7 مدارات في المجموع ، تتوافق مع عدد الفترات في الجدول الدوري. كلما كان موقع الإلكترون بعيدًا عن النواة ، زاد احتياطي الطاقة لديه. يشير رقم الفترة إلى عدد المدارات الذرية حول نواتها. على سبيل المثال ، البوتاسيوم هو عنصر من عناصر الفترة الرابعة ، مما يعني أنه يحتوي على 4 مستويات من الطاقة في الذرة. يتوافق عدد العنصر الكيميائي مع شحنته وعدد الإلكترونات حول النواة.
الذرة مصدر للطاقة
ربما أشهر صيغة علمية اكتشفها الفيزيائي الألماني أينشتاين. تدعي أن الكتلة ليست سوى شكل من أشكال الطاقة. بناءً على هذه النظرية ، من الممكن تحويل المادة إلى طاقة وحساب الكمية التي يمكن الحصول عليها باستخدام الصيغة. كانت النتيجة العملية الأولى لهذا التحول هي القنابل الذرية ، التي تم اختبارها لأول مرة في صحراء لوس ألاموس (الولايات المتحدة الأمريكية) ، ثم انفجرت فوق المدن اليابانية. وعلى الرغم من أن سُبع المتفجرات فقط تحول إلى طاقة ، فإن القوة التدميرية للقنبلة الذرية كانت مروعة.
لكي يطلق القلب طاقته ، يجب أن ينهار. لتقسيمها ، من الضروري العمل مع نيوترون من الخارج. ثم تنقسم النواة إلى نواة أخف وزنا ، بينما توفر إطلاقًا هائلاً للطاقة. يؤدي الانحلال إلى إطلاق نيوترونات أخرى ،ويستمرون في تقسيم النوى الأخرى. تتحول العملية إلى تفاعل متسلسل ينتج عنه كمية هائلة من الطاقة.
إيجابيات وسلبيات استخدام التفاعل النووي في عصرنا
القوة المدمرة ، والتي تنطلق أثناء تحول المادة ، تحاول البشرية ترويضها في محطات الطاقة النووية. وهنا لا يحدث التفاعل النووي على شكل انفجار ، بل يحدث على شكل انبعاث تدريجي للحرارة.
إنتاج الطاقة الذرية له إيجابياته وسلبياته. وفقًا للعلماء ، من أجل الحفاظ على حضارتنا على مستوى عالٍ ، من الضروري استخدام هذا المصدر الضخم للطاقة. ولكن يجب أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار أنه حتى أحدث التطورات لا يمكن أن تضمن السلامة الكاملة لمحطات الطاقة النووية. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للنفايات المشعة الناتجة أثناء إنتاج الطاقة ، إذا تم تخزينها بشكل غير صحيح ، أن تؤثر على أحفادنا لعشرات الآلاف من السنين.
بعد الحادث الذي وقع في محطة تشيرنوبيل للطاقة النووية ، أصبح المزيد والمزيد من الناس يعتبرون أن إنتاج الطاقة النووية يشكل خطورة كبيرة على البشرية. محطة الطاقة الآمنة الوحيدة من هذا النوع هي الشمس بطاقتها النووية الضخمة. يقوم العلماء بتطوير جميع أنواع نماذج الخلايا الشمسية ، وربما في المستقبل القريب ، ستكون البشرية قادرة على تزويد نفسها بالطاقة الذرية الآمنة.
