ماذا تعرف عن النواة في الذرة؟

1 إجابة واحدة

إنّ معظم المادة الموجودة في الكون تتمركز في نوى الذرات. فالنواة هي الجزء المركزي من الذرة، وهي أصغر من الذرة بحوالي 100,000 مرة، لكنها تحتوي على كتلة أكبر من كتلة الإلكترونات المدارية بحوالي 4000 مرة.

تتألف النواة من  النيوترونات والبروتونات، ويلعب كلًّا منهما دورًا متماثلًا في الحفاظ على بنية النواة، ويعرفان معًا باسم النيوكليونات (النويّات). وفي حين أنّ الإلكترونات بحد ذاتها هي جسيمات أولية أو أساسية غير قابلة للتجزئة، فإنّ النيوكليونات تتألف من الكواركات، بالتالي لا يمكن اعتبارها جسيمات أولية.

يتم تمثيل النواة كلاسيكيًا من خلال استخدام ثلاثة أرقام رياضية وهي Z وN وA. حيث يعبِر الرمز Z عن عدد البروتونات، أما الرمز N يعبر عن عدد النيوترونات، والرمز A عبارة عن العدد الإجمالي للنيوكليونات ويُدعى بالعدد الكتلي، وهو ناتج عن مجموع Z وN. تمتلك البروتونات شحنة موجبة، في حين أنّ النيوترونات عديمة الشحنة، لذلك يستخدم Z للتعبير عن شحنة النواة، ويسمى بالعدد الذري.

ويمكن القول أنّ جميع النوى الموجودة في الطبيعة هي ذات عدد ذري Z يتراوح ما بين 1 إلى 92، في حين يتراوح العدد الكتلي A ما بين 1 إلى 238. إذًا وعلى سبيل المثال، فإنّ أثقل عنصر كيميائي موجود في الطبيعة هو اليورانيوم، حيث تحتوي نواته على 92 بروتون و146 نيوترون، بالتالي فإنّ كتلة نواته ناتجة عن 238 نيوكليون، في حين أنّ شحنة النواة هي +92.

إنّ البروتون كما ذُكِر أعلاه ذات شحنة موجبة، أما النيوترون عديم الشحنة، في حين أنّ الإلكترون ذات شحنة سالبة، مساوية تمامًا ومعاكسة لشحنة البروتون. إذًا يمكن القول أنّه في أي ذرة مكتملة، يكون عدد البروتونات يساوي بالضبط عدد الإلكترونات التي تدورُ حول النواةِ، وهذا يعني أنَّ الشحنة الإجماليّة للذرّة تساوي الصفر.

بما أنّ نواة الذرة تتألف من شحنات موجبة ومحايدة، فقد يخطر لنا في الوهلة الأولى أنّه من المستحيل أن تبقى النواة في حالةٍ مستقرة، بل من المفترض أن يحصل تنافر شديد بين هذه المكونات بحيث تتداعى النواة وتتطاير أشلاءً، لكن ما يحصل في الحقيقة هو أنّ المسافات الصغيرة جدًّا بين النيوكليونات تشكل قوة نووية كبيرة جدًّا، والتي تعمل كالغراء النووي متغلبةً على التنافر الكهرستاتيكي بين البروتونات محافظةً بالتالي على استقرار النواة.

إذًا ينبغي أن تكون هذه القوى النووية قوية بشكل غير اعتيادي حتى تستطيع تثبيت النيوترونات والبروتونات ضمن حجم النواة الصغير جدًا، وتعتبر هذه القوى هي إحدى قوى الطبيعة الأساسية الأربعة وهي: قوة الجاذبية، القوى الكهرومغناطيسية، القوى النووية الضعيفة، القوى النووية القوية. كما أنّ القوى النووية مستقلة عن الشحنة، وهذا يعني أنّ القوة التي تربط بين بروتونين أو نيوترونين أو بروتون ونيوترون هي نفسها. وعلى الرغم من أنّ هذه القوى قوية جدًّا، إلا أنّها قصيرة المدى، أي أنها ذات مدى تأثير صغير جدًّا، فهي تعمل في حدود مسافات ما بين 0.01 إلى 0.001 بيكومتر.

أما بالنسبة للإلكترونات، فهي تدور حولَ النواة بسرعة كبيرةٍ تمنَعنا من معرفة تَموضعها بينَ لحظةٍ وأخرى، ويكون عدد الإلكترونات مساوي لعدد البروتونات ومتعاكسان بالشحنة، بالتالي يتجاذبان وفق قوى كهرومغناطيسية تحقق استقرار الذرة. كما تدور هذه الإلكترونات وفق مستويات طاقية محددة، بحيث كلما كان الإلكترون أبعد عن النواة كلما قلت قوة التجاذب تلك وازدادت طاقته، ويمكننا حساب عدد الإلكترونات في كل مستوى طاقي عن طريق تتبع قاعدة 2n2؛ حيث يمثل n رقم المستوى، باستثناء المستوى الخارجي الذي يحمل 8 إلكترونات كحدٍ أقصى، وتعتبر إلكترونات المستوى الخارجي هي المسؤولة عن تحديد الخواص الكهربائية والفيزيائية للمادة، وتُدعى إلكترونات التكافؤ.

أكمل القراءة

هل لديك إجابة على "ماذا تعرف عن النواة في الذرة؟"؟