البروتون والنيوترون والالكترون والشحنات
بنية المواد
جميع المواد الموجودة حولنا سواء كانت صلبة او سائلة او غازية مقسمة الى جزيئات(molecules) والتى تتكون من مكونات ادق منها تسمى ذرات(atoms) والجزيء عبارة ذرتين او اكثر ، والجزيئات التى تتكون من ذرات متشابهة تسمى عناصر (elements) اما التي تتكون من ذرات غير متشابهة فتسمى مركبات compounds ، وعدد العناصر المكتشفة الى الان 106 عنصر وكما علمنا انه كان شائعا أن أصغر الجسيمات الموجودة في الكون هي الذرات ثم وجدوا أن الذرات تتكون من جسيمات أصغر وهي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات ، والآن نحن نعرف أنه حتى هذه الجسيمات تتكون حتى من جسيمات أصغر كالكواركات ، الميونات ، الجولونات والبوزونات والالكترونات ، الخ. وبعدما تطرقنا الى تفاصيل الجسيمات الدقيقة سابقا سنركز الان على الالكترونات والبروتونات والنيوترونات ،كما نعلم ان الذرة تتكون من نواة نواة بها البروتون والذي يحمل شحنة موجبة والنيوترون متعادل الشحنة ويدور حول النواة الالكترونات والتي تحمل الكترونات سالبة الشحنة ، فما هي هذه المسميات ؟
البروتونproton
1- البروتون جسيم مادي دون ذري (اي انه اصغر من الذرة) يوجد في نواة الذرة مع النيوترون .
2- كتلته تساوي 1.6 * 10-27 كجم .
3- يمتلك شحنة موجبة تساوي 1.6*10-19 كولوم ) ، يرمز له إما بالرمز p أو p + .
4- نظرًا لوجود البروتونات والنيوترونات في النواة الذرية ، فإنها تُعرف مجتمعة باسم nucleons ، وكما علمنا سابقا ان البروتونات هي من فئة الفيرميونات قسم الهادرونات فرع الباريونات لذا يتكون كل بروتون من ثلاثة كواركات (2 كوارك علوي و 1 كوارك سفلي) .
5- البروتون لا يشترك في التفاعلات الكيميائية ، بينما يشترك فقط في التفاعلات النووية.
6- يمكن أن يوجد في الذرات بروتون واحد فقط في نواتها ، كما هو الحال مع ذرات الهيدروجين ، النواة التي لا تحتوي على بروتون واحد على الأقل فلا تعتبرذرة.النيوترونneutron
1- النيوترون جسيم مادي دون ذري ايضا (اي انه اصغر من الذرة) ذو شحنة متعادلة =0 .2- يزن النيوترون 1.67492729 × 10-27 كجم (أعلى قليلاً من البروتون ) ، ومع ذلك فإنهما يعتبران كتلة
وحدة ذرية واحدة MSU .
3- على الرغم من أن النيوترون له شحنة كهربية محايدة ، إلا أنه يتكون من مكونات مشحونة ولكن تلغي بعضها البعض والنيوترون من فئة الفيرميونات قسم الهادرونات فرع الباريونات لذا يتكون كل نيوترون من ثلاثةكواركات (2 كوارك سفلي و 1 كوارك علوي) .
4- يرمز للنيوترون بالرمز "n". وهو لا يشترك في التفاعلات الكيميائية بينما يشترك في التفاعلات النووية .
الالكترونElectron
وهو العنصر الاهم على الاطلاق في موضوعنا لانه احد المكونات الاساسية في التيار الكهربي وبسببه كان اكتشاف الكهرباء وجاءت تسمية الكهرباء "Electricity" نسبة الى كلمة electricus اليونانية وهي الظاهرة التي تحدث عند فرك حجر الكهرمان (العنبر) بالصوف حينما لوحظ ان مادة الكهرمان (العنبر) بعد دلكها بقطعة من فرو الحيوانات تجذب اليها الأجسام خفيفة الوزن كالورق والريش وكأنها تتحول الى مادة مغناطيسية واعتقد العالم طاليس ان سبب الانجذاب هو التاثير المغناطيسي لمادة الكهرمان .
وظلت تلك الظاهرة غامضة لسنوات كثيرة وسط العلماء حتى عام 1600 ميلادية ، حين أجرى ويليام جيلبرت (طبيب وفيزيائي وفيلسوف انجليزي ) دراسة وفرّق فيها بين تأثير حجر المغناطيس والكهرباء الساكنة الناتجة عن احتكاك مادة الكهرمان ، وظهرت كلمة (electricus) وهي باللغة اللاتينية الجديدة ("من الكهرمان" ومأخوذة من "ήλεκτρον" أي "إلكترون" ، وهي المرادف اليوناني لكلمة "كهرمان" للإشارة إلى خاصية جذب الأجسام الصغيرة بعد فركها و أدى هذا الارتباط إلى إبراز الكلمتين"Electric" و"Electricity" وقد ذُكر هذا المصطلح (Electricity) لأول مرة عام 1646م بواسطة السير توماس براون " وفي السطور التالية سنتعرف على بعض خواص الالكترون :-
1- الإلكترون جسيم مادي دون ذري مستقر يحمل شحنة كهربية سالبة مقدارها (1.602 x 10-19 كولوم)
2- كتلتة صغيرة جداً وتساوي 9.1 × 10-31 كجم (حوالي 1/1840 كتلة البروتون) .
3- الرمز الشائع للإلكترون هو e- ، يسمى الجسيم المضاد له والذي يحمل شحنة موجبة " بوزيترون"
أو "مضاد الإلكترون"، يشار إلى البوزيترون باستخدام الرمز e + أو β + ،
4- الإلكترونات تشارك في التفاعلات الكيميائية ، كما أنهم يشاركون في بعض التفاعلات النووية .
5- الإلكترونات هي المسئولة عن مرو التيار الكهربي ، هذا لأن البروتونات مرتبطة داخل النواة ، لذا فهي
ليست متحركة ومتحررة مثل الإلكترونات .6- تعتبر الإلكترونات نوعًا من الجسيمات الأولية لأنها لا تتكون من مكونات أصغر. وتنتمي لعائلة اللبتون
ولها كتلة صغيرة من أي لبتون مشحون أو جسيم مشحون آخر.
7- يتم تحديد ما إذا كانت المادة مشحونة سلبيا او ايجابيا عن طريق التوازن بين عدد الإلكترونات والشحنة
الموجبة للنواة الذرية. إذا كان هناك إلكترونات أكثر من الشحنات الموجبة ، يقال إن المادة مشحونة سلبياً. إذا كان هناك فائض من البروتونات ، فتعتبر المادة مشحونة موجبا ، إذا كان عدد الإلكترونات والبروتونات متوازناً ، يقال إن المادة محايدة او متعادلة كهربيًا.
8- تتصرف الالكترونات في المعادن كما لو كانت إلكترونات حرة ويمكن أن تتحرك لإنتاج تدفق من الشحنة
وهو ما نسميه التيار الكهربي ، وعندما تتحرك الإلكترونات (أو البروتونات) ، يتم إنشاء مجال مغناطيسي.
9- تمتلك الإلكترونات خصائص كل من الجسيمات والأمواج. يمكن أن تنحرف ، مثل الفوتونات ، وايضا
يمكن أن تتصادم مع بعضها البعض او مع الجسيمات الأخرى .
10- الإلكترون له مقدار لف مغزلي او دوران ذاتي قدره 1/2.
11- يستطيع العلماء عزل وحصر إلكترون واحد في جهاز يسمى فخ الصعود .
12- نظرا لصغر كتلة وشحنة الالكترون الواحد ، فسيتم اعتبار ان وحدة قياس الشحنة هي الكولوم ، يرمز لها C
، وواحد كولوم يساوي 6.24 x 1018 إلكترون وبالتالي فشحنة الالكترون تساوي 1/6.42*10 18
اي 1.6*10 -19 كولوم
13- كلما اقترب الالكترون من النواة كلما زاد ارتباطه بها وصعوبة انفصاله عنها لذا فالالكترونات في
المدار الاخير لا تجد صعوبة في الافلات من مداراتها والتحرر من الذرة والانتقال الى اخرى ،
الفرق بين البروتون والنيوترون والالكترونات
Mass | Charge | |||
Particle | amu | grams | Charge Unit | Coulomb |
Electron | 0.00054858 | 9.10938 × 10-31 كجم | -1 | -1.6022 x 10^-19 |
Proton | 1.00000000 | 1.672 * 10-27 كجم | +1 | +1.6022 x 10^-19 |
Neutron | 1.00000000 | 1.67492729 × 10-27 كجم | 0 | 0 |
AMU is the Atomic Mass Unit وحدة الكتل الذرية**** سؤال مهم ممكن يدور في عقلنا ، لماذا يحمل الالكترون شحنة سالبة والبروتون بيحمل شحنة موجبة ؟؟الحقيقة ان الموضوع اصطلاحي بالدرجة الاولى لكن اساسا وبعد التجارب التي تمت وكما علمنا من موضوع - الكهرباء الاستاتيكية - ومن سلسلة ال triboelectric series نجد ان هناك نوعان من الشحنات تظهر عند احتكاك المواد المختلفة احداها تظهر عند دلك البلاستيك او الابونيت بالصوف يكسبه شحنة معينة (تم الاصطلاح انها سالبة) ،وهي ايضا نفس النوع من الشحنات الذي يظهر على الالكترون ، لذا فان الالكترون يحمل شحنة سالبة بينما دلك الزجاج بالحرير يكسبه نوع اخر من الشحنة (شحنة موجبة)وهي نفس النوع من الشحنات الذي يظهر على البروتون لذا فان البروتون يحمل شحنة موجبة ، وايضا حسب موقع كل مادة في السلسلة نستطيع تحديد من يعطي ومن يأخذ وبالتالي من سيكون مشحونا بالسالب ومن بالموجب .ملاحظات :- 1- توجد بين الشحنات المختلفة قوى تجاذب يُسميها العلماء "قوى التجاذبالكهروستاتيكي" ، كما توجد بين الشحنات المتشابهة " قوى تنافر كهروستاتيكية2- الشحنة خاصية من خصائص الإلكترون وهي ليست شيئاً محمولاً على الإلكترون .
3- الشحنات لا تفنى ولا يمكن إحداثها فمجموع الشحنات الموجبة ثابتاً في الكون
وكذلك مجموع الشحنات السالبة .الايونات
يوجد نوعان من الايونات (موجبة وسالبة) ونقول ان الايون الموجب هو عبارة عن ذرة او اكثر فقدت الكترون او اكثر فتحولت الى ما يسمى بالايون الموجب وعلى العكس الايون السالب هو عبارة عن ذرة او اكثر اكتسبت الكترون او اكثر فتحولت الى ما يسمى بالايون السالب وجميع الانواع السابقة لها اهمية كبيرة في مرور التيار الكهربي حيث ان حركتها في الموصل تسبب مرور التيار كما سنعلم لاحقا ان شاء الله
وبهذا نكون قد انتهينا ولله الحمد ، ونامل ان يكون الموضوع حاز اعجابكم وفيه فائدة ولو بسيطة ، شكرا لكم ونسألكم الدعاء م/ محمد حسانين
.
تعليقات
إرسال تعليق