الذرة هي حجر الأساسي فى بناء الكيميائية والمادة بشكل عام , وهى أصغر جزء يمكن الوصول إليه ويبقى كما هو أثناء التفاعلات الكيميائية .وبذلك فإنه عند الوصول لأى ذرة توجد بمفردها فإن هذه الذرة تعبر عن عنصر معين . ويوجد 90 عنصر فقط من العناصر بصورة طبيعية على الأرض , على أنه توجد بعض العناصر الأخرى التى توجد على بعض النجوم مثل عنصر التكنيتيوم والكاليفورنيومويوجدا على السوبرنوفا .
كل عنصر متفرد بعدد البروتونات الموجودة فى نواة ذلك العنصر . كل ذرة لها عدد من الإلكترونات مساو لعدد البروتونات , وفى حالة عدم وجود هذا التساوى تسمى الذرة بالأيون . ويمكن لذرات نفس العنصر أن تحتوى على عدد مختلف من النيوترونات , وهذا فى حالة تساوى عدد البروتونات والإلكترونات . الذرات التى لها أعداد مختلفة من النيوترونات تسمى نظيرلهذا العنصر .
تم تصنيع بعض العناصر بواسطة القذف النووى , ولكن هذه العناصر كانت غير ثابتة كما أنها تتغير بعفوية إلى عناصر أخرى أثبت عن طريق التحلل الإشعاعي .
على الرغم من انه يوجد 90 عنصر فقط بصورة طبيبعية , فإن ذرات هذه العناصر تترابط لتكون الجزئيات وانواع أخرى من المركبات الكيميائية .فالجزيئات تتكون من ذرات عديدة , فمثلا , جزيء الماتء يتكون من إتحاد 2 ذرة هيدروجين وذرة أكسجين .
ونظرا لأهمية وتفرد الذرة , فقد تمت دراستها على مدى القرون الماضية . وتركز بعض الأبحاث الحالية على تأثيرات الكوانتم , مثل نظرية بوس - إنيشتين للتكثيف .
شكل ذرة الهيليوم
وتظهر فيها النواة وفيها 2 بروتون
باللون الأحمر , و 2 نيترون باللون الأخضر ,
و سحابة تمثل توقع مكان 2 إلكترون
التعريف
هى أصغر جزء لأى عنصر كيميائي
النظرية الذرية تهتم بدراسة طبيعة المادة . وتنص على أن كل المواد تتكون من ذرات .
تركيب الذرة
أكثر النظريات التى لاقت قبولا لتفسير تركيب الذرة هى النظرية الموجية . وهذا التصور مبني على تصور بوهر مع الأخذ فى الإعتبار الإكتشافات الحديثة والتطويرات فى ميكانيكا الكم .
والتى تنص على :
تتكون الذرة من جسيمات تحت ذرية ( البروتونات ,الإلكترونات ,النيوترونات.
مع العلم بأن معظم حجم الذرة يحتوى على فراغ .
فى مركز الذرة توجد نواة موجبة الشحنة تتكون من البروتونات ,النيوترونات ( ويعرفوا على أنهم نويات )
النواة أصغر 100,000 مرة من الذرة . فلو أننا تخيلنا أن الذرة بإتساع مطار هيثرو فإن النواة ستكون فى حجم كرة الجولف
معظم الفراغ الذري يتم شغله بالمدارات التى تحتوى على الإلكترونات فى شكل إلكترونى محدد .
كل مدار يمكن أن يتسع لعدد 2 إلكترون , محكومين بثلاث أرقام للكم , عدد الكم الرئيسي , عدد الكم الثانوي , عدد الكم المغناطيسي .
كل إلكترون فى أى من المدارات له قيمة واحدة لعدد الكم الرابع والذى يسمى عدد الكم المغناطيسي .
المدارات ليست ثابتة ومحددة فى الإتجاه وإنما هى تمثل إحتمالية تواجد 2 إلكترون لهم نفس الثلاث أعداد الأولى للكم , وتكون أخر حدود هذا المدار هو المناطق التى يقل تواجد الإلكترون فيها عن 90 % .
عند إنضمام الإلكترون إلى الذرة فإنها تشغل أقل مستويات الطاقة , والذى تكون المدارات فيه قريبة للنواة ( مستوى الطاقة الأول ). وتكون الإلكترونات الموجودة فى المدارات الخارجية ( مدار التكافؤ ) هى المسئولة عن الترابط بين الذرات . لمزيد من التفاصيل راجع "التكافؤ والترابط"
حجم الذرة
لا يمكن تحديد حجم الذرة بسهولة حيث أن المدارات الإلكترونية ليست ثابتة ويتغير حجمها بدوران الإلكترون فيها . ولكن بالنسبة للذرات التى تكون فى شكل بللورات صلبة , يمكن تحديد المسافة بين نواتين متجاورتين وبالتالى يمكن عمل حساب تقديري لحجم النواة . والذرات التى لا تشكل بللورات صلبة يتم إستخدام تقنيات أخرى تتضمن حسابات تقديرية . فمثلا حجم ذرة الهيدروجين تم حسابها تقريبيا على أنه 1.2× 10-10 م . بالمقارنة بحجم البروتون وهو الجسيم الوحيد فى نواة ذرة الهيدروجين 0.87× 10-15 م . وعلى هذا فإن النسبة بين حجم ذرة الهيدروجين وحجم نواتها تقريبا 100,000 .وتتغير أحجام ذرات العناصر المختلفة , ويرجع ذلك لأن العناصر التى لها شحنات موجبة أكبر فى نواتها تقوم بجذب اإلكترونات بقوة أكبر ناحية النواة .
العناصر والنظائر
يتم تقسيم الذرات بصورة عامة عن طريق العدد الذري , والذى يساوى عدد البروتونات فى الذرة . ويحدد العدد الذرى نوع العنصر الذى تنتمى إليه هذه الذرة . فمثلا تكون ذرات الكربون هى تلك الذرات التى تحتوى على 6 بروتونات . وتتشارك الذرات التى لها نفس العدد الذرى فى صفات فيزيائية كثيرة , وتتبع نفس السلوك فى التفاعلات الكيميائية . ويتم ترتيب الأنواع المختلفة من العناصر فى الجدول الدوريطبقا للزيادة فى العدد الذري .
عددالكتلة أو عدد الكتلة الذرية هو مجموع عدد البروتونات والنيترونات الموجودة فى ذرة العنصر , وذلك لأن كل من البروتون والنيترون له كتله تساوى 1 amu ( وحدة كتل ذرية ) .ولا يؤثر إختلاف عدد النيوترونات على نوع العنصر . فيمكن للعنصر الواحد الذى له نفس عدد الإلكترونات والبروتونات أن يكون له أعداد مختلفة فى النيوترونات , ويكون لها العنصر نفس العدد الذرى ولكن يكون الإختلاف فى عدد الكتلة . وعندها يتم إطلاق كلمة نظائر على هذا العنصر الذى له إختلاف فى عدد الكتلة . ولتمييز تلك النظائر فإنه يتم كتابة اسم العنصر متبوعا برقم الكتلة , فمثلا كربون-14 يحتوى على 6 بروتونات و 8 نيوترونات فى كل ذرة , وبالتالى فإن عدد الكتلة له يكون 14 .
وبالنظر إلى ذرة الهيدروجين ولاتى تعتبر أبسط الذرات , فإن لها عدد ذرى يساوى 1 , كما انها تتكون من 1 بروتون أيضا . ويكون الديتيريوم أو هيدروجين-2 هو نظير الهيدروجين الذى يحتوى على 1 نيترون , أما التريتيوم هيدروجين-3 فهو نظير الهيدروجين الذى يحتوى على 2 نيترون .
الكتلة الذرية الموجودة فى الجدول الدوري لكل عنصر هى متوسط لكتلة نظائر هذا العنصر والموجودة فى الطبيعة .
التكافؤ والترابط
سلوك الذرة الكيميائي يرجع فى الأصل بصورة كبيرة للتفاعلات بين الإلكترونات . الإلكترونات الموجودة فى الذرة تكون فى شكل إلكترونى محدد ومتوقع . تقع الإلكترونات فى أغلفة طاقة معينة طبقا لبعد تلك الأغلفة عن النواة ( راجع "التركيب الذري" ) . يطلق على الإلكترونات الموجودة فى الغلاف الخارجي إلكترونات التكافؤ , والتى لها تأثير كبير على السلوك الكيميائي للذرة . الإلكتترونات الداخلية تلعب دور أبضا ولكنه ثانوى نظرا لتأثير الشحنة الموجبة الموجودة فى نواة الذرة .
كل غلاف من أغلفة الطاقة يتم ترتيبها تصاعديا بدأ من أقرب الاغلفة للنواة والذى يرقم بقرم 1 ويمكن لكل غلاف أن يمتلئ بعدد معين من الإلكترونات طبقا لعدد المستويات الفرعية ونوع المدارات التى يحتويها هذا الغلاف :
الغلاف الأول : من 1 : 2 إلكترون - مستوى فرعى s - عدد 1 مدار .
الغلاف الثاني : من 2 : 8 إلكترون - مستوى فرعى p, s - عدد 4 مدارات .
الغلاف الثالث : من 3 : 18 إلكترون - مستوى فرعى d, p, s - عدد 9 مدارات .
الغلاف الرابع : من 4 : 32 إلكترون - مستوى فرعى f d, p, s - عدد 16 مدار .
يمكن تحديد كثافة الإلكترونات لأى غلاف طبق للمعادلة : 2 n2 حيث " n " هى رقم الغلاف , ( رقم الكم الرئيسي )وتقو الإلكترونات بملئ مستويات الطاقة القريبة من النواة أولا . ويكون الغلاف الأخير الذى به الإلكترونات هو غلاف التكافؤ حتى لو كان يحتوى على إلكترون واحد .
وتفسير شغل أغلفة الطاقة الداخلية أولا هو أن مستويات طاقة الإلكترونات فى لأغفلة القريبة من النواة تكون أقل بكثير من مستويات طاقة الإلكترونات فى الأغلفة الخارجية . وعلى هذا لإغنه فى حالة وجود غلاف طاقة داخلى غير ممتلئ , يقوم الإلكترون الموجود فى الغلاف الخارجى بالتنقل بسرعة للغلاف الداخى ( ويقوم بإخراج إشعاع مساوى لفرق الطاقة بين الغلافين ) .
تقوم الإلكترونات الموجودة فى غلاف الطاقة الخارجى بالتحكم فى سلوك الذرة عند عمل الروابط الكيميائية . ولذا فإن الذرات التى لها نفس عدد الإلكترونات فى غلاف الطاقة الخارجي ( إلكترونات التكافؤ ) يتم وضعها فى مجموعة واحدة فى الجدول الدوري .المجموعة هى عبارة عن عامود فى الجدول الدوري , وتكون المجموعة الأولي هى التى تحتوى على إلكترون واحد فى غلاف الطاقة الخارجي , المجموعة الثانية تحتوي على 2 إلكترون , المجموعة الثالثة تحتوي على 3 إلكترونات , وهكذا . وكقاعدة عامة , كلما قلت عدد الإلكترونات فى مستوى فى غلاف تكافؤ الذرة كلما زاد نشاط الذرة وعلى هذا تكون فلزات المجموعة الأولى أكثر العناصر نشاطا وأكثرها سيزيوم , روبديوم , فرنسيوم .
وتكون الذرة أكثر إستقرارا ( أقل فى الطاقة ) عندما يكون غلاف التكافؤ ممتلئ . ويمكن الوصول لهذا عن طريق : يمكنن للذرة المساهمة بالإلكترونات مع ذرات متجاورة ( رابطة تساهمية ) . أو يمكن لها أن تزيل الإلكترونات من الذرات الأخرى ( رابطة أيونية ) . عملية تحريك الإلكترونات بين الذرات تجعل الذرات مرتبطة معا , ويعرف هذا بالترابط الكيميائي وعن طريق هذا الترابط يتم بناء الجزيئات والمركبات الأيوينة . وتوجد خمس أنواع رئيسية للروابط :
الرابطة الأيونية
الرابطة التساهمية
الرابطة التناسقية
الرابطة الهيدروجينية
الرابطة الفلزية
الذرات فى الكون والكرة الأرضية
[إستخدام نظرية التضخم الكوني , فإن عدد الذرات فى الكون يتراوح من 4×1078 and 6×1079 تقريبا . وبصفة عامة نظرا لأن الكون لا نهائي فإن عدد الذرات أيضا يمكن أن يكون لا نهائي . وهذا لا يتنافى مع العدد الذى تم حسابه نذرا لأن الكون الخاضع للدراسة يقع ضمن 14 مليار سنة ضوئية .
الذرة فى الصناعة
تقوم الذرة بدور غاية فى الأهمية فى الصناعة , يتضمن ذلك الصناعات النووية , علم المواد الصناعية , وأيضا فى الصناعات الكيميائية .
الذرة فى العلم
ظلت الذرة محل أنظار تركيز العلماء لعقود . وكان للنظرية الذرية تأثير كبير على كثير من فروع العلم , مثل الفيزياء النووية , الطيف وكل فروع الكيمياء تقريبا . ويتم دراسة الذرة هذه الأيام فى مجال ميكانيكا الكم و الجسيمات تحت-الذرية .
وقد تمت دراسة الذرة بدون قصد مباشر فى القرن 19 و القرن 20 وفى السنين الحالية , وبظهور تقنيات جديدة أصبحت دراسة الذرة أسهل وأدق . فعن إستخدام الميكروسكوب الإلكتروني الذى تم إكتشافه فى عام 1931 تم تصوير ذرات مفردة . كما تم إستحداث طرق جديدة للتعرف على الذرات والمركبات . فمثلا يتم إستخدام مطياف الكتلة لتحديد الذرات والمركبات . كما يتم إستخدام جي سي إم إس " كروماتوجرافى الغاز ومطياف الكتلة " لمعرفة المواد . وأيضا التأكد من وجود ذرات أو جزيئات معينة عن طريق أشعة إكس كريستالوجرافى.
الـــــــــــــــــــــــــذرة
العرض الشجري
