لماذا تتركز كتلة الذرة في نواتها؟

تتكون الذرّات من ثلاثة أجزاء صغيرة، تسمى الجسيمات دون الذرّية (بالإنجليزية: Subatomic particles)، وهي البروتونات موجبة الشحنة (+p)، والنيوترونات متعادلة الشحنة (n)، والإلكترونات سالبة الشحنة (-e)، حيث توجد البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة، بينما تدور الإلكترونات في مدارات خاصة حول هذه النواة، لكن معظم كتلة الذرة تتركز في نواتها، لأن كتلة الذرة تعتمد على عدد البروتونات والنيوترونات الموجودة في نواة الذرة، أما الإلكترونات التي تدور حول النواة، فإن كتلتها صغيرة جدًا مقارنةً بكتلة البروتونات أو النيوترونات، ولذلك فإن حساب عدد البروتونات والنيوترونات يساوي الكتلة الكلية للذرة.[١]


كتلة الجسيمات دون الذرّية

يتم حساب كتلة الجسيمات دون الذرّية وهي؛ البروتونات، والنيوترونات، والإلكترونات بوحدة الكتلة الذرّية (بالإنجليزية: Atomic mass unit)، وتُعرَف وحدة الكتلة الذرّية (amu) بأنها واحد على اثني عشر من كتلة الكربون C-12، وتكمن أهمية هذه الوحدة بأن كتلة البروتون والنيوترون فيها تساوي واحداً، أما كتلة الإلكترون فتساوي 5.45× 10−4، وبالتالي فإن كتلة الإلكترون الضئيلة جدًا تكون مهملة عند حساب الكتلة الذرية.[١]


كيفية حساب الكتلة الذرّية

الكتلة الذرية (بالإنجليزية: Atomic mass)، وتُعرف أيضًا بالوزن الذري، أو العدد الكُتَلي، وهي متوسط كتلة ذرات العنصر، وتحسب بناءً على الوفرة النسبية لنظائر العنصر، وعلى الرغم من أن الكتلة فعليًا هي مجموع كتلة كل البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في الذرة، إلّا أن كتلة الإلكترون أقل بكثير من كتلة الجسيمات الأخرى، ولهذا يتم إهمالها، وبذلك تكون الكتلة الذرّية هي كتلة النواة (البروتونات والنيوترونات) فقط.[٢]


على سبيل المثال، الكتلة الذرية للكربون تساوي 12.011 amu، وهو مجموع كتلة البروتونات والنيوترونات في نواة ذرة الكربون، حيث إنه يوجد 6 بروتونات و6 نيوترونات فقط في نواته، أما أقل كتلة ذرّية في الطبيعة، فإنها تعود لعنصر الهيدروجين، حيث إنها تساوي 1.0079 amu، وهي تعود لأكثر نظائر الهيدروجين شيوعًا، وهو البروتيوم (Protium)، والذي تتكون ذرّته من بروتون واحدٍ فقط، أو بروتون وإلكترون فقط.[٢]


كتلة الإلكترون المهملة

يُعرَف الإلكترون بأنه أخف جسيم دون ذري مستقر معروف إلى الآن، وهو يحمل شحنة سالبة تبلغ (1.602176634 × 10−19) كولوم، والتي تعتبر الوحدة الأساسية للشحنة الكهربائية، أما كتلة الإلكترون فهي (9.1093837015 × 10−31) كجم، وهي تساوي فقط 1/1836 من كتلة البروتون، ولذلك يعتبر الإلكترون عديم الكتلة تقريبًا مقارنة بالبروتون، أو النيوترون، ولهذا لا يتم تضمين كتلة الإلكترون في حساب الكتلة الذرية للعناصر الكيميائية.[٣]


إلا أن هذا لا يعني عدم أهمية الإلكترونات في الذرّة، فهي مهمة جدًا في تحديد مستويات الطاقة، وفي الحفاظ على تعادل الشحنات في الذرّة، ففي داخل أي ذرة؛ تتحرك الإلكترونات حول النواة في مدارات مُنَظّمة، ويتغلب التجاذب بين الإلكترونات والنواة على قوة التنافر بين الإلكترونات، والتي من شأنها أن تتسبب في تحليقها بعيدًا عن بعضها البعض، وعندما تتحرك الإلكترونات داخل هذا الهيكل المداري، فإنها تشكل سحابة منتشرة من الشحنة السالبة التي تشغل تقريبًا الحجم الكامل للذرة، وتعادل الشحنة الموجبة في نواة الذرّة، والتي تعود لوجود البروتونات الموجبة فيها، وبهذا فالبرغم من إهمال كتلة الإلكترونات إلّا أن شحنتها تحافظ على استقرار الذرّة.[٣]

المراجع

  1. ^ أ ب "The Atomic Nucleus", chem.libretexts, Retrieved 28/7/2021. Edited.
  2. ^ أ ب Anne Marie Helmenstine, Ph.D. (7/12/2019), "definition-of-atomic-mass-weight-", thoughtco, Retrieved 28/7/2021. Edited.
  3. ^ أ ب "electron", britannica, Retrieved 28/7/2021. Edited.