ماذا يوجد داخل الذرة؟

أصغر من الصغير

الذرات صغيرة إلى حد لا يُصدَّق. فبضعة ملايين من الذرات مصفوفة جنباً إلى جنب لا تكاد تغطي عرض النقطة في نهاية هذه الجملة.

جاءت كلمة ذرة من الكلمة اليونانية atomos التي تعني «غير القابل للقطع». ولفترة طويلة ظن الناس أن الذرات هي أصغر ما يمكن أن يوجد. ثم، ابتداءً من عام 1897، اكتشف العلماء أن الذرات مبنية من أجزاء أصغر منها.

النواة: البروتونات والنيوترونات

في مركز كل ذرة توجد النواة. وهي تحتوي على نوعين من الجسيمات: البروتونات التي تحمل شحنة موجبة، والنيوترونات التي لا تحمل أي شحنة.

النواة صغيرة جداً مقارنة بالذرة كاملة. فلو كانت الذرة بحجم ملعب رياضي، لكانت نواتها بحجم حبة بازلاء في الوسط. ومع ذلك تحتوي النواة على أكثر من 99.9% من كتلة الذرة، لأن البروتونات والنيوترونات أثقل بكثير من الإلكترونات.

الشحنات المتشابهة تتنافر، لذا تدفع البروتونات في النواة بعضها بعضاً. ومع ذلك تُبقي قوة شديدة جداً، تعمل فقط على مسافات ضئيلة، البروتونات والنيوترونات معاً.

الإلكترونات: في الخارج

الإلكترونات أخف بكثير من البروتونات. فيلزم نحو 1,836 إلكتروناً لتعادل كتلة بروتون واحد. ويحمل كل إلكترون شحنة سالبة.

الشحنات المختلفة تتجاذب، لذا تجذب النواة الموجبة الإلكترونات السالبة. وهذا الجذب يُبقي الإلكترونات قريبة من النواة.

تترتب الإلكترونات في طبقات تسمى الأغلفة. يتسع الغلاف الأول لما يصل إلى إلكترونين، والثاني لما يصل إلى 8. وكثيراً ما ترسم المخططات الإلكترونات نقاطاً على دوائر، لكن الإلكترونات الحقيقية لا تسير في مسارات منتظمة مثل الكواكب. بل تنتشر في سحابة ضبابية، وكل غلاف هو في الحقيقة مستوى طاقة.

الشحنات والكتل في لمحة

للبروتون شحنة قدرها +1 وكتلة تبلغ نحو وحدة كتلة ذرية واحدة (u)، وهي وحدة صغيرة جداً صُنعت لوزن الذرات.

النيوترون عديم الشحنة (0) وكتلته نحو 1 u، أي تقريباً مثل كتلة البروتون تماماً.

للإلكترون شحنة قدرها −1 وكتلة لا تتجاوز نحو 0.0005 u. وهي صغيرة إلى حد أنها تُعامل غالباً على أنها صفر.

لماذا لا تحمل الذرات شحنة إجمالية

في الذرة يساوي عدد الإلكترونات عدد البروتونات. فتلغي الشحنات الموجبة والسالبة بعضها بعضاً، فتكون الذرة ككل متعادلة.

ذرة الكربون مثال جيد. فهي تحتوي على 6 بروتونات و6 إلكترونات، لذا تتوازن شحناتها. ومعظم ذرات الكربون فيها أيضاً 6 نيوترونات. وتتوزع الإلكترونات الستة على غلافين: 2 في الغلاف الأول و4 في الثاني.

التفاعلات الكيميائية العادية لا تغيّر النواة أبداً. فالذرات تكتسب الإلكترونات أو تفقدها أو تتشاركها فقط. والذرة التي تكتسب إلكترونات أو تفقدها تصبح جسيماً مشحوناً يسمى أيوناً. فذرة الصوديوم التي تفقد إلكتروناً واحداً تصبح Na⁺، وذرة الكلور التي تكتسب إلكتروناً واحداً تصبح Cl⁻.