كل المواد تتكون من عناصر. لكن لماذا كل شيء من حولنا مختلف جدا؟ الجواب يتعلق بالجسيمات الدقيقة. يطلق عليهم البروتونات. على عكس الإلكترونات التي لها شحنة سالبة ، فإن هذه الجسيمات الأولية لها شحنة موجبة. ما هي هذه الجسيمات وكيف تعمل؟
البروتونات في كل مكان
أي جزيء أولي له شحنة موجبة؟ كل ما يمكن لمسه ورؤيته والشعور به يتكون من الذرات ، وهي أصغر وحدات البناء التي تتكون منها المواد الصلبة والسوائل والغازات. إنها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن إلقاء نظرة فاحصة عليها ، لكنها تشكل أشياء مثل جهاز الكمبيوتر الخاص بك ، والمياه التي تشربها ، وحتى الهواء الذي تتنفسه. هناك أنواع عديدة من الذرات ، بما في ذلك الأكسجين والنيتروجين والحديد. كل من هذه الأنواع يسمى العناصر.
بعضها غازات (أكسجين). عنصر النيكل فضي اللون. وهناك آخرونالميزات التي تميز هذه الجسيمات الدقيقة عن بعضها البعض. ما الذي يجعل هذه العناصر مختلفة بالفعل؟ الجواب بسيط: تحتوي ذراتهم على أعداد مختلفة من البروتونات. هذا الجسيم الأولي له شحنة موجبة ويقع داخل مركز الذرة.
جميع الذرات فريدة
الذرات متشابهة جدًا ، لكن اختلاف عدد البروتونات يجعلها نوعًا فريدًا من العناصر. على سبيل المثال ، تحتوي ذرات الأكسجين على 8 بروتونات ، وتحتوي ذرات الهيدروجين على 1 فقط ، وتحتوي ذرات الذهب على 79. يمكنك معرفة الكثير عن الذرة بمجرد حساب البروتونات الخاصة بها. تقع هذه الجسيمات الأولية في النواة نفسها. كان يُعتقد في الأصل أنه جسيم أساسي ، ومع ذلك ، فقد أظهرت الدراسات الحديثة أن البروتونات تتكون من مكونات أصغر تسمى الكواركات.
ما هو البروتون؟
أي جزيء أولي له شحنة موجبة؟ هذا بروتون. هذا هو اسم الجسيم دون الذري الموجود في نواة كل ذرة. في الواقع ، عدد البروتونات في كل ذرة هو العدد الذري. حتى وقت قريب ، كان يعتبر جسيمًا أساسيًا. ومع ذلك ، أدت التقنيات الجديدة إلى اكتشاف أن البروتون يتكون من جسيمات أصغر تسمى الكواركات. الكوارك هو جسيم أساسي من المادة تم اكتشافه مؤخرًا فقط.
من أين تأتي البروتونات؟
جسيم أولي بشحنة موجبة ،يسمى البروتون. يمكن أن تتشكل هذه العناصر نتيجة لظهور النيوترونات غير المستقرة. بعد حوالي 900 ثانية ، يتحلل النيوترون الذي يرتد عن النواة إلى جسيمات أولية أخرى من الذرة: بروتون وإلكترون ومضاد نيوترينو.
على عكس النيوترون ، فإن البروتون الحر مستقر. عندما تتفاعل البروتونات الحرة مع بعضها البعض ، فإنها تشكل جزيئات الهيدروجين. شمسنا ، مثل معظم النجوم الأخرى في الكون ، تتكون في الغالب من الهيدروجين. البروتون هو أصغر جسيم أولي شحنته +1. الإلكترون لديه شحنة -1 ، بينما النيوترون ليس له شحنة على الإطلاق.
الجسيمات دون الذرية: الموقع والشحنة
تتميز العناصر ببنيتها الذرية ، وتتكون من جسيمات أولية دون ذرية: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. تقع أول مجموعتين في نواة (مركز) الذرة ولديهما كتلة ذرية واحدة. تقع الإلكترونات خارج النواة ، في مناطق تسمى "أصداف". لا يزنون شيئًا تقريبًا. عند حساب الكتلة الذرية ، يتم الانتباه فقط إلى البروتونات والنيوترونات. كتلة الذرة هي مجموعها
من خلال جمع الكتلة الذرية لجميع الذرات في الجزيء ، يمكن للمرء تقدير الكتلة الجزيئية ، والتي يتم التعبير عنها بوحدات الكتلة الذرية (تسمى d altons). تزن كل من الجسيمات الثقيلة (نيوترون ، بروتون) كتلة ذرية واحدة ، وبالتالي فإن ذرة الهليوم (He) ، والتيله بروتونان ، ونيوترونان ، وإلكترونان ، ويزن حوالي أربع وحدات كتلة ذرية (بروتونان زائد نيوترونان). بالإضافة إلى الموقع والكتلة ، كل جسيم دون ذري له خاصية تسمى "الشحنة". يمكن أن تكون "موجبة" أو "سلبية".
تميل العناصر التي تحمل نفس الشحنة إلى عكس بعضها البعض ، بينما تميل العناصر ذات الشحنات المعاكسة إلى جذب بعضها البعض. ما الجسيم الأولي له شحنة موجبة؟ هذا بروتون. ليس للنيوترونات أي شحنة على الإطلاق ، مما يعطي النواة شحنة موجبة شاملة. كل إلكترون له شحنة سالبة ، والتي تساوي في شدتها الشحنة الموجبة للبروتون. تنجذب إلكترونات وبروتونات النواة لبعضها البعض ، وهذه هي القوة التي تربط الذرة ببعضها البعض ، على غرار قوة الجاذبية التي تحافظ على القمر في مدار حول الأرض.
جسيم دون ذري مستقر
أي جزيء أولي له شحنة موجبة؟ الجواب معروف: البروتون. بالإضافة إلى ذلك ، فهي تساوي شحنة وحدة الإلكترون. ومع ذلك ، فإن كتلته في حالة السكون هي 1.67262 × 10-27kg ، أي 1836 ضعف كتلة الإلكترون. تشكل البروتونات ، جنبًا إلى جنب مع الجسيمات المحايدة كهربيًا والتي تسمى النيوترونات ، جميع النوى الذرية باستثناء الهيدروجين. كل نواة لعنصر كيميائي معين لها نفس عدد البروتونات. يحدد العدد الذري لهذا العنصر موقعه في الجدول الدوري.
اكتشاف البروتون
الجسيم الأولي ذو الشحنة الموجبة هو البروتون ، ويعود اكتشافه إلى الدراسات الأولى للتركيب الذري. عند دراسة تدفقات الذرات والجزيئات الغازية المتأينة ، التي أزيلت منها الإلكترونات ، تم تحديد جسيم موجب ، يساوي كتلة ذرة الهيدروجين. أظهر إرنست رذرفورد (1919) أن النيتروجين ، عندما يقصف بجزيئات ألفا ، ينبعث منه ما يبدو أنه هيدروجين. بحلول عام 1920 ، عزل جسيمًا أوليًا من نوى الهيدروجين ، واصفا إياه بالبروتون.
أدت أبحاث فيزياء الجسيمات عالية الطاقة في نهاية القرن العشرين إلى تحسين الفهم البنيوي لطبيعة البروتون ضمن مجموعة من الجسيمات دون الذرية. لقد ثبت أن البروتونات والنيوترونات تتكون من جسيمات أصغر وتصنف على أنها باريونات - وهي جسيمات تتكون من ثلاث وحدات أولية من المادة تعرف بالكواركات.
جسيم دون ذري: نحو نظرية موحدة كبيرة
الذرة هي قطعة صغيرة من المادة ، وهي عنصر محدد. لبعض الوقت كان يعتقد أنها كانت أصغر قطعة يمكن أن توجد. لكن في أواخر القرن التاسع عشر وأوائل القرن العشرين ، اكتشف العلماء أن الذرات تتكون من جسيمات دون ذرية معينة ، وبغض النظر عن العنصر ، فإن الجسيمات دون الذرية نفسها تشكل الذرة. الشيء الوحيد الذي يتغير هو عدد الجسيمات دون الذرية المختلفة.
يدرك العلماء الآن أن هناك العديد من الجسيمات دون الذرية. ولكن لكي تكون ناجحًا في الكيمياء ، فأنت تحتاج حقًا فقط للتعامل مع الثلاثة الرئيسية: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. يمكن شحن المادة كهربائيًا بإحدى طريقتين: موجبة أو سالبة.
ما يسمى الجسيم الأولي ذو الشحنة الموجبة؟ الجواب بسيط: البروتون ، هو الذي يحمل وحدة واحدة من الشحنة الموجبة. وبسبب وجود إلكترونات سالبة الشحنة ، فإن الذرة نفسها محايدة. في بعض الأحيان يمكن لبعض الذرات أن تكتسب أو تفقد إلكترونات وتكتسب شحنة. في هذه الحالة تسمى أيونات.
الجسيمات الأولية للذرة: نظام مرتب
للذرة هيكل منظم ومنظم يوفر الاستقرار وهو مسؤول عن جميع أنواع خصائص المادة. بدأت دراسة هذه الجسيمات دون الذرية منذ أكثر من مائة عام ، ونحن الآن نعرف الكثير عنها. وجد العلماء أن معظم الذرة فارغة وقليلة السكان "بالإلكترونات". إنها جسيمات ضوئية سالبة الشحنة تدور حول الجزء الثقيل المركزي ، والذي يمثل 99.99٪ من الكتلة الكلية للذرة. كان اكتشاف طبيعة الإلكترونات أسهل ، ولكن بعد العديد من الدراسات البارعة ، أصبح معروفًا أن النواة تحتوي على بروتونات موجبة ونيوترونات محايدة.
كل وحدة في الكون مكونة من ذرات
المفتاح لفهم معظم خصائص المادة هو أن كل وحدة في كوننا تتكون من ذرات. هناك 92 نوعًا طبيعيًا من الذرات ، وهي تشكل جزيئات ومركبات وأنواع أخرى من المواد لتكوين العالم المعقد من حولنا. على الرغم من أن اسم "atom" مشتق من الكلمة اليونانية átomos ، والتي تعني "غير قابل للتجزئة" ، إلا أن الفيزياء الحديثة أظهرت أنها ليست لبنة البناء الأخيرة للمادة وأنها في الواقع "تقسم" إلى جسيمات دون ذرية. هم الكيانات الأساسية الحقيقية التي يتكون منها العالم كله.
