الدرس الثانى : تكوين الذره

تعريف المادة

      إن العالم من حولنا يحتوى على أشياء كثيرة جدا مثل الخشب والحديد والنحاس وكل هذه الأشياء نسميها المادة, ونعني بالمادة كل شيء يشغل حيزا في الفضاء وله وزن, ومثال بسيط من أمثلة هذه المواد  الماء و إذا أخذنا كمية من الماء وأمكن تقسيمها إلى أقسام صغيرة وبقينا نقسمها حتى نصل ولو نظريا إلى جزء صغير من الماء لا يمكن أن نقسمه إلى أصغر منه بالطريقة العادية لعمليات التقسيم والفصل. وهذا الجزء الصغير جدا يبقى محتفظا بخواص الماء الأصلية من حيث لونه وطعمه وخواصه الكيمائية و نسمي هذا الجزء المتناهي في الصغر بالجزيء.

إذا مررنا التيار الكهربي في الماء فإن هذا الجزيء سوف يتحلل إلى غازين هما الأكسيجين والهدروجين وهما لا يشبهان الماء في أي من خواصه بل هما أبسط منه تركيبا .

تسمي المواد التي يمكن أن تتحلل بالكهربية أو بغيرها من الوسائل إلى ما هو أبسط منها مثل الماء بالمركب (Compound) و نسمى المادة التى لا يمكن ان تتحلل الى ابسط منها بالعنصر ( Element). و اصغر جزء من المركبات كالماء مثلا يسمى الجزىء (Molecule) ولكن الجزيء من المواد المختلفة يحتوي على وحدة أصغر منه تسمى الذرة(Atom) أو مجموعة من الذرات تسمى(Atoms) وقد تكون مختلفة في حالة المركبات ومتشابهة كما في حالة العناصر .

تركيب الذرة

تتكون الذرة من نواة (Nucleus) ثقيلة نسبيا و من ثلاثة اجزاء رئيسية كما بالشكل (١) 

البروتونات (Protons): وتكون بالنواة و تمثل الجزء الاكبر من المادة وتحمل شحنة موجبة (+) ويبلغ وزن البروتون ١٨٤٠ مرة من وزن الالكترون وعدد البروتونات بالذرة هى التى تحدد العدد الذرى و مثال على ذلك ذرة السيليكون تحتوى على ١٤ بروتون بالنواة فيكون العدد الذرى لها ١٤كما بالشكل (٢)

النيوترونات(Neurons) : وتكون بالنواة و تحمل شحنة كهربائية متعادلة.

الالكترونات(Electrons) : وهى الجزء الفاعل بالذرة و يحمل شحنة سالبة (-) وتدور حول النواة و منه جاء تسمية الالكترونيات.

و لكى تكون الذرة متعادلة اى مستقره يجب ان يكون عد البروتونات مساوى لعدد الالكترونات و تدورالالكترونات حول النواة بسرعة فائقة لذا لا تنجذب داخل النواة فى مدارات تسمى (مستويات الطاقة) حسب طاقتها و يكون عدد مستويات الطاقة فى أكبر الذرات هو سبعة مستويات كما بالشكل(٣)

لكل مستوى قيمة معينة من الطاقة تزداد كلما بعدنا عن النواة و عدد اقصى من الالكترونات يحمله و تعطى بالقانون التالى:

اقصى عدد من الالكترونات فى المدار = (رقم المدار)² *2 

وعليه يكون تشبع المستويات كالآتى:

المستوى الأول K يتشبع بعدد ٢ إلكترون.
المستوى الثانى L يتشبع بعدد ٨ إلكترون.
المستوى الثالث M يتشبع بعدد ١٨ إلكترون.
المستوى الرابع N يتشبع بعدد ٣٢ إلكترون.

ومثال على ذلك ناخذ ذرة النحاس حيث تحتوى على ٢٩ بروتون و ٣٤ نيوترون كما بالشكل (٤)

من المستوى الخامس الى المستوى السابع لا تنطبق هذه القاعدة حيث تصبح الذرة غير مستقرة و يكون دائما اقصى عدد من الالكترونات فى المدار الاخير ٨ الكترون.

و يسمى المدار الاخير للذرة بمدار التكافؤ و بالتالى تسمى الالكترونات فى هذا المدار بإلكترونات التكافؤ(Valence Electrons) و تكون لها اهمية كبيرة فى علم الكهرباء لانه يمكن تحريرها بسهوله حيث اذا تعرضت الذرة لطاقة خارجية مثل الحرارة و الضوء او قوة تنافر مع الكترون فى ذره مجاورة تجعل الالكترون ينتقل الى مستوى طاقة اعلى و بالتعرض لطاقة اكبر ينفصل الالكترون عن الذره و ياخذ مسار عشوائي و يسمى بالالكترون الحر (Free Electron) كما بالشكل (٥) 

واذا فقدت الذرة الكترون او اكثر يصبح عدد البروتونات موجبة الشحنه اكبر و تصبح الذرة موجبة الشحنة و تكون ايونا(Ions) موجبا اما اذا اكتسبت الكترون و اكثر تصبح سالبة الشحنة و تكون ايونا (Ions) سالبا كما بالشكل (٦)  و الايونات الموجبة و السالبة هى اساس حدوث تيار كهربى كما سنذكر لاحقا .

بالدرس القادم ان شاء الله سوف نتحدث عن وحدات القياس الدولية (SI)كك