تتألف الذرة من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات مُتعادلة الشحنة، بالإضافة للنواة التي تكون موجبة الشحنة في حال تساوي شحنة الإلكترونات السالبة والموجبة في الذرة فتعتبر متعادلة كهربائياً، والذرة لها قطر يتراوح ما بين 1.75 فيمتومتراً لعنصر الهيدروجين، إلى 15 فيمتومتراً للذرات كبيرة الكتلة كاليورانيوم، وللذرة الأهمية الكبيرة فظهرت الفيزياء الذرية لتُسلط الضوء عليها وتشرحها وتفصلها.
سؤال من مقرر مادة العلوم للصف الثالث المتوسط من المنهاج السعودي، للفصل الدراسي الأول، بحيث يسأل عن وقت استقرار حالة الذرة.
محتويات
متى تكون الذرة مستقر
إن كان الحديث عن استقرار الذرة، سيكون الحديث عن الفيزياء الذرية، التي هي فرع من فروع الفيزياء، التي تدرس الذرة وبُنيتها من نواة وغلاف إلكتروني، ودراسة التأثرات بين الذرات والأيونات مع الأيونات والذرات المتجاورة، وتختلف الفيزياء الذرية عن الفيزياء النووية، التي تختص بالتفاعلات النووية التي تحدث داخل النواة، والفيزياء الذرية تُعنى بالذرة ككل.
الذرة هي أصغر حجر بناء، بحيث أنها أصغر عنصر كيميائي، يحتفظ بخصائصه الكيميائية، إذ تتكون من الشحنات السالبة “الإلكترونات”، التي تدور حول نواة ذات الشحنة الموجبة، والتي تكون مركز الذرة، والنواة تتكون من بروتونات موجبة الشحنة، ونيترونات مُتعادلة، ظلت الذرة وتركيبها أكثر ما يشغل العلماء ويدفعهم لإكتشاف المزيد.
تميل الذرات للوصول إلى حالة الإستقرار، وإن كان الحديث عن استقرار الذرة فلا بد من الحديث عن استقرار النواة والعوامل المؤثرة لاستقرارها، إذ تتخذ كل ذرة عدد ذري خاصاً بها يعتمد على عدد البروتونات فيها، فمثلاً أي نواة تحتوي على بروتون واحد وتفتقر للنيوترونات تكون ذرة هيدروجين، والنواة التي تحتوي على ثمانية بروتونات تكون ذرة أكسجين، وعدد النيوترونات في الذرة مفتاح لتحديد النظائر الخاصة بالعنصر، بحيث أنه يكون متساوياً مع عدد البروتونات.
استقرار النواة
النواة المستقرة هي النواة القادرة على الإحتفاظ بتكوينها وبنيتها بشكل دائم، فتكتسب استقرارها بما في داخلها من مكونات تحت التأثير المُتبادل والقوي، وإذا كنا نريد تحديد مدى استقرار النواة لابد لنا أن نقوم بدراسة مُخطط سوقري الخاص باستقرار النواة الذرية.
عوامل مؤثرة في مدى استقرار النواة
النواة في الوصول لحالة الإستقرار تعتمد على عدة عوامل مؤثرة والتي منها
- الطاقة الحجمية: وهي التي تربطها بعلاقة تناسب طردية مع العدد الكتلي للنواة، وهذا الإستنتاج عبارة عن تناسب طاقة الربط الكلية مع طاقة الربط ذات القيمة الثابتة، وبالتالي مناسبة حجم النواة.
- طاقة الربط التي تتناسب مع المساحة السطحية للنواة، فتبدأ بالتناسب مع نصف قطر النواة تلقائياً، بحيث أن النويات القريبة من السطح تتخذ العدد الأقل من النويات الأخرى، لذلك تكتسب طاقة ربط ضعيفة بالمقارنة مع التي تقع في داخل الذرة، وبالتالي تبدأ طاقة الربط للنويات الموجودة على سطح النواة بالتناقص وتتخذ القيمة السالبة.
- طاقة كولوم، بحيث يبذل البروتون طاقة الجهد الكهرومغناطيسية التي لديه مع البروتونات الأخرى في النواة، فتظهر طاقة كولوم بشكل جلي في النوى الثقيلة وليست الخفيفة، فتكتسب القوة الكهرومغناطيسية أهمية بالغة تصبح مُعتمدة على عدد أزواج البروتونات في القيمة الكلية.
وبالتالي من خلال الإطلاع على علوم الصف الثالث المتوسط نجد أن الذرة المستقرة هي التي تكون فيها عدد البروتونات يُساوي عدد النيوترونات، وهذا في درس النظائر، بالإضافة في الفصل الخامس تم الملاحظة إلى أنه عندما تكون عدد الإلكترونات في المدار الخارجي تُساوي 8 عندها نقول إن الذرة في حالة استقرار.