ماذا يوجد داخل نواة الذرة؟ وما دور الجسيمات الموجودة بداخلها؟ تُعد الذرة هي أصغر جزئيات التفاعل الكيميائي، وهي الأساس في تكوين العناصر الكيميائية، حيث يمكن لها أن تحمل جميع الخصائص للعنصر الواحد، وتحمل جميع مكوناتها شحنات مختلفة عن الأخرى، والآن سنجيب لكم من خلال موقع الماقه عن سؤال ماذا يوجد داخل نواة الذرة.
ماذا يوجد داخل نواة الذرة
يتم تعريف الذرة على أنها أصغر وحدة من الممكن أن تحتفظ بخصائص العنصر الكيميائي، وتتكون الذرة من ثلاث عناصر رئيسية من الجسيمات وهي البروتونات والنيترونات والإلكترونات، يتساوى كلًا من البروتونات والنيترونات في كتلتها تقريبًا، أما كتلة الإلكترون فهي لا تذكر.
تختلف مكونات الذرة في شحنتها، حيث يحمل البروتون شحنة موجبة، بينما الإلكترون شحنة سالبة، أما النيترون فليس له شحنة، وتتساوى عادًة الذرة في عدد البروتونات والإلكترونات فتصبح بلا شحنة.
للإجابة عن سؤال ماذا يوجد داخل نواة الذرة، نجد أنها تحتوي على البروتونات والنيترونات لذا فهي موجبة الشحنة، ويطلق اسم النواة على مركز الذرة.
تحتوي نواة الذرة على البروتونات والنيترونات فقط، أما الإلكترونات فهي تدور حول نواة الذرة، ومن الممكن أن تكون الذرة حرة عن طريق احتوائها على نفس عدد الإلكترونات والبروتونات.
ما هي نواة الذرة
بعد معرفة ماذا يوجد داخل نواة الذرة، يمكننا التعرف إلى ما هي نواة الذرة، حيث إن نواة الذرة هي الجزء المركزي من الذرة الذي يتكون من نوعين من الجسيمات وهما البروتونات والنيترونات، والتي بموجبهم تصبح النواة موجبة الشحنة، وتتساوى البروتونات الموجبة داخل النواة بعدد الإلكترونات السالبة خارج النواة التي تدور حولها.
في بعض الأحيان يُطلق على هذا العدد الذري، وتتكون جميع الذرات من هذه الجسيمات الثلاث ما عدا، عنصر الهيدروجين فهو يحتوي على بروتون واحد وإلكترون واحد ولا يوجد فيه نيترونات.
الخصائص الأساسية للذرة
بعد أن تعرفنا إلى إجابة سؤال ماذا يوجد داخل نواة الذرة، دعونا نذكر لكم الخصائص الأساسية للذرة والتي تمكننا من التعرف إلى صفات الذرة وسلوكها وعلى ماذا تحتوي، ومن هذه الخصائص ما يلي:
- العدد الذري يعتبر من أهم خصائص الذرة، حيث يُمثل عدد الشحنات الموجبة بداخل النواة وهو البروتونات وهو أيضًا يمثل عدد الإلكترونات السالبة حول النواة لذا من المهم معرفة العدد الذري عند التحدث عن التفاعلات الكيميائية.
- الكتلة الذرية تختلف في النواة باختلاف عدد النيترونات بداخلها، حيث يؤثر عدد النيترونات على كتلة الذرة، بينما لا يؤثر على خصائصها، فمثلا ذرة الكربون تحتوي على 6 بروتون و6 نيترون والتي تمتلك نفس خصائص لنظير الكربون الذي يمتلك 6 بروتون و8 نيترون ويختلفا فقط في كتلة الذرة.
- تحتوي بعض أنواع المواد على نوع واحد من الذرات كالذهب على سبيل المثال، بينما توجد بعض العناصر الأخرى التي تتحد مجموعة من الذرات لتنتجها ككلوريد الصوديوم.
- يحتوي كل عنصر من العناصر على عدد مختلف من البروتونات، حيث تحتوي ذرة الهيدروجين على بروتون واحد، بينما ذرة الكربون تحتوي على 6بروتون.
- يتواجد أكثر من 100 نوع من الذرات، لكن يوجد 92 نوع فقط بشكل طبيعي وباقي العدد يتم تصنيعه في المختبرات.
- يمتلك جسم الإنسان نحو 7 مليار ذرة ويتغير نحو 98% منها بشكل يومي
الفرق بين الإلكترونات والبروتونات
في إطار الحديث عن إجابة سؤال ماذا يوجد داخل نواة الذرة، لا بد من معرفة الفرق بين الإلكترونات والبروتونات، حيث إن الإلكترونات والبروتونات هما مكونان رئيسيان لنواة الذرة من أصل 3 مكونات، ويوجد فرق جوهري وواضح بينهما.
حيث إن الإلكترون عبارة عن جسيم مشحون بشحنة سلبية، والبروتون جسيم مشحون بشحنة موجبة، ولكن يوجد اختلافات أساسية بينهم وهي:
- كما ذكرنا أن الإلكترونات سالبة الشحنة، بينما البروتونات على العكس موجبة الشحنة.
- الإلكترونات موجودة خارج النواة على هيئة مدارات، بينما البروتونات والنيترونات يشكلان نواة الذرة.
- الإلكترونات عالية الحركة نظرًا لوجودها خارج النواة، بينما البروتونات بداخل النواة فهي بالتالي لا تتحرك.
- يُعد من السهل إزالة وإضافة الإلكترونات نظرًا لوجودها في المدارات، لكن من الصعب إضافة أو إزالة البروتونات.
- كتلة البروتون أكبر2000 مرة من كتلة الإلكترون.
كيف بدأ اكتشاف الذرة
حاول الكثير من الفلاسفة القدامى في العصور القديمة والوسطى اكتشاف أمر الذرة، وفي 450ق.م اقترح الفيلسوف ديموقريطس أن المادة ما هي إلا ذرات، بعد هذا الاقتراح بدأ الاكتشاف للذرة على عدة مراحل وهي:
- في عام 1661 قال العالم الإيرلندي روبرت بويل بأن العناصر الكيميائية هي أبسط أشكال المادة.
- ثم في عام 1789 جمع الفرنسي أنطوان لافوازييه، والذي عُرف باسم أب الكيمياء الحديثة قائمة بالعناصر الكيميائية التي عرف عنها أنها لا يمكن تفكيكها بواسطة تفاعل كيميائي، والذي قاد بعد ذلك إلى الطريق إلى الجدول الدوري الكامل.
- بعد ذلك خاصًة في عام 1803 طرح العالم الإنجليزي جون دالتون النظرية الذرية للمادة، والذي أدرك منها أن كل عنصر يتكون من مجموعة من الذرات.
- وجد الكيميائي الروسي ديمتري ميندليف طريقة أكثر منطقية لترتيب العناصر الكيميائية فيما يُسمى بالجدول الدوري.
- اكتشف الفيزيائي الفرنسي هنري بيكريل النشاط الاشعاعي وكان هذا بمحض الصدفة.
- في عام 1919 اكتشف الكيميائي البريطاني فرانسيس أستون كم هائل من النظريات الذرية باستخدام مقياس الطيف الكلي.
- أول من نفذ الانشطار النووي كان العالم الألماني أوتو هانوفريتز.
- في القرن الماضي اكتشف علماء فيزيا القرن عددا من القوى الأساسية التي تقوم بربط عددًا من الجسيمات الصغيرة لتكوين ذرة.
- عام 2013 استخدم العلماء مجهر كمي لالتقاط أول صورة لذرة الهيدروجين من الداخل.
الانشطار النووي
الانشطار النووي هو عبارة عن عملية يتم من خلالها انقسام نواة الذرة إلى قسمين أو أكثر، ومن خلال هذه العملية تتحول مادة إلى مادة أخرى.
ينتج عن عملية الانشطار هذه نيوترونات وفوتونات عالية الطاقة، وجسميات نووية مثل جسيمات ألفا، وينتج عنها توليد كيات هائلة من الطاقة الحرارية والطاقة الاشعاعية.
تستخدم عملية الانشطار في إنتاج الطاقة الكهربية في المفاعلات النووية، وتستخدم أيضًا في تصنيع الأسلحة النووية، ومن العناصر الهامة في التصنيع اليورانيوم وبلوتونيوم
اكتشاف الانشطار النووي
كان اكتشاف الانشطار النووي واحد من أهم الاكتشافات الفيزيائية العظيمة في القرن العشرين، فكيف جاء اكتشاف الانشطار النووي؟
جاء اكتشاف الانشطار النووي حين كان كل من ليز مايتنر وأوتو هان الباحثين بمعهد القصير ببرلين يعملون على جزء من دراستهما للعناصر المشعة، فقاما بقذف ذرات اليورانيوم ببروتونات حرة، فاعتقادهم أن هذا سوف يجعل هذه البروتونات بضرب النواة والتعلق بها، وتنتج عنصر أثقل من اليورانيوم ولكن باءت التجربة بالفشل.
قام كلًا منهما بفحص هذه التجربة على معادن كيميائية ثقيلة أخرى، فنتج المتوقع لكل عنصر من العناصر حسب ما تنبأت ليز به في معادلاتها الفيزيائية، ولكن كان اليورانيوم دائًما ما تصبح نتائجه فاشلة وعدم المعرفة لما فشلت.
أنواع الانشطار النووي
يتم الانشطار النووي عن طريق انقسام نواة الذرة، وينقسم هذا الانشطار إلى نوعين إما أن يتم بصورة طبيعية أو عن طريق عمله في المختبرات ونوعان الانشطار النووي هما:
الانشطار النووي الصناعي
وهو الذي يتم عن طريق توجيه عدد من النيترونات عالية الطاقة نحو نواة عنصر مشع مثل اليورانيوم، فيقوم هذا العنصر بالاستجابة وينقسم وينتج عن انقسامه هذا كمية من الطاقة النووية عظيمة، ويصاحبها نيوترونات إضافية، وتبدأ هذه النيترونات دورها في تحفيز هذا العنصر فتؤدي إلى انقسامه مرة أخرى.
الانشطار النووي التلقائي
وهو يُعد من الظواهر نادرة الحدوث والتي يتم فيها انقسام نواة العنصر المشع إلى نوى صغيرة، وتكون هذه النواة مستقرة دون الحاجة إلى أي تدخلات خارجية نظرًا لعدم القدرة على السيطرة عليه وندرة حدوثه، ويعتبر غير مجدي على عكس الانشطار الصناعي.
