تعتبر الجسيمات التي تحتوي بداخلها على بروتين ونيوترونين محورًا أساسيًا في علم الفيزياء. يسلط موقع مقال maqall.net الضوء على أنواع هذه الجسيمات. يُعتبر الجسيم أصغر وحدة في المادة، حيث يمثل الحد الأدنى من التركيب، وتعرف باللغة الإنجليزية بـ “ذرة”، التي تُشير في الأساليب اليونانية إلى ما هو غير قابل للكسر. تاريخيًا، قدم العلماء منذ العصور القديمة العديد من النظريات والنماذج حول الذرة، من بينها نموذج دالتون ونموذج فاراداي ونموذج رذرفورد.
مكونات الجزيء أو الذرة
على عكس المفاهيم القديمة، تتكون ذرة الجزيء من مكونات أصغر، وهي:
1- اللب (Nucleus)
يمثل اللب الجزء المركزي للجسيم، ويشكل معظم كتلته.
- حدد الفيزيائي إرنست رذرفورد وجود اللب في عام 1911 ميلادي.
- يتكون اللب من البروتونات والنيوترونات، وتبقى هذه المكونات متماسكة بفضل القوى النووية الجاذبة.
2- البروتونات
- كاملاً داخل اللب، اكتشف رذرفورد وجود جسيمات ذات شحنة موجبة تُعرف بالبروتونات.
- تتكون البروتونات من ثلاثة كواركات.
- تُوزع هذه الكواركات في البروتون كما يلي: اثنان في الأعلى وواحد في الأسفل.
3- النيوترونات (Neutrons)
- هي جسيمات غير مشحونة تقع ضمن النواة، وقد توقع رذرفورد وجودها في عام 1920.
- أكد الباحث تشادويك اكتشافها الفعلي في عام 1932، حيث كانت كتلتها أكبر قليلاً من كتلة البروتونات وتعادل 1.6749×10-27 كجم.
- تتشكل النيوترونات أيضًا من ثلاثة كواركات، ولكن بتوزيع مختلف: واحد في الأعلى واثنان في الأسفل.
4- الإلكترونات
- تعد الإلكترونات جسيمات مشحونة سالبًا، تجذب كهربائيًا إلى البروتونات المشحونة إيجابيًا، وقد اكتشفها الباحث البريطاني جوزيف جون طومسون في عام 1897.
- تدور الإلكترونات حول النواة وفقًا للنموذج الذي وضعه إروين شرودينجر، وقد تكون كتلتها 9.109×10-31 كجم.
- يسمح فهم حركة الإلكترونات حول النواة بتوقع بعض خصائص الجسيم، مثل القوة ونقاط الغليان والتوصيل.
الجزيئات التي تحتوي على بروتين ونيوترونين
- الجزيئات بشكل عام تحتوي على بروتين ونيوترونين، وجزيئات ألفا تتكون من بروتونين ونيوترونين متصلين معًا.
- تُعتبر جزءًا من الإشعاع الأيوني، كما أنها تحتوي على جسيمات بيتا، والتي تتكون من الإلكترونات.
- تُعتبر جسيمات البوزيترون، وجسيمات غاما، وجزيئات ألفا الأكثر خطرًا من حيث الاحتباس، حيث إنها لا تخترق الجلد ولا تستطيع التواصل مع الجسم.
- ومع ذلك، يمكن استنشاقها أو ابتلاعها، مثل غاز الرادون الذي يعد خطرًا كبيرًا على صحة الإنسان.
فهم الطاقة النووية
- الطاقة النووية تُعد إحدى صور الطاقة الحرارية، الناتجة عن العمليات والتفاعلات التي تؤثر على لب الجسيمات.
- تشمل هذه العمليات التفاعلات المعقدة للجزيئات والانشطار النووي.
- تُستغل الطاقة النووية لتوليد الطاقة، حيث يعمل تسخين المياه على إنتاج بخار يُستخدم لتوليد الكهرباء.
- تعتبر هذه العملية مكلفة وقد أثيرت حولها العديد من النقاشات في العالم حول تأثيرات الإشعاع والمفاعلات النووية على الحياة.
علم الفيزياء الذرية
- يعدّ علم الفيزياء الذرية فرعًا دراسيًا يهتم بدراسة كل مكونات المادة، بما في ذلك الجسيمات التي تحتوي على بروتين ونيوترونين.
- لا تزال العديد من مفاهيم هذا العلم غامضة وتتطلب مزيدًا من الأبحاث والدراسات.
السياق التاريخي للجزيء
- في عام 440 قبل الميلاد، اقترح الفيلسوف ديموقريطوس أن المادة تتكون من جسيمات لا نهائية صغيرة تُعرف باسم “الإيّوتا”.
- وبعد ذلك، توصل إلى أن الكون يحتوي على عدد لا حصر له من الجزيئات التي تتحرك وتندمج لتكوين المادة.
- قدم ديموقريطوس نظرية ذرية لم يكن لها صدى في مجتمعه العلمي في ذلك الوقت.
- في عام 1803، قدم الفيزيائي البريطاني جون دالتون فرضيته الذرية، معبرًا عن أن الذرات المختلفة لها أوزان وخصائص متباينة.
- في عام 1897، أظهر طومسون أنه بالإمكان فصل الجزيء بينما قدم في ذات الوقت نموذج فطيرة الزبيب.
- في عام 1911، قدم رذرفورد فرضيته حول وجود نواة مشحونة يدور حولها الإلكترونات، ما أدى إلى فهمنا الحالي للذرة.
- تواصل الباحثون في دراسة سلوك الإلكترونات حتى جاء إيروين شرودينجر الذي وضع النموذج الكمومي للذرة، وتبعه ورنر هايزنبرغ الذي أشار إلى عدم إمكانية معرفة سرعة وموقع الإلكترونات في الوقت نفسه.
- لاحقًا، اكتشف العلماء موراي جيل مان وجورج زويغ أن البروتونات والنيوترونات مكونة من كواركات.
خصائص الجزيء
- للذرات خصائص معينة، منها العدد الذري الذي يمثل عدد البروتونات في لب الجزيء، والذي يحدد الخصائص التركيبية للمادة.
1- الجسيم المحايد
- يعتبر الجسيم محايدًا إذا كان عدد البروتونات مساويًا لعدد الإلكترونات.
2- الكتلة النووية
- تمثل الكتلة النووية مجموع البروتونات والنيوترونات في اللب، وتُقاس بوحدات الكتلة الذرية.
- تُعتبر وحدة الكتلة الذرية نصف كتلة جزيء الكربون.
- الكتلة النووية ليست هي الكتلة الجزيئية، التي تُقدر مباشرة من كتلة اللب دون اعتبار لكتلة الإلكترونات.
- تمتلك كل مكون العديد من النظائر، وهي أنواع لها نفس العدد الذري ولكن تختلف في الكتلة النووية.
- تتحرك الإلكترونات في مدارات حول اللب بفعل القوى الجذابة بين البروتونات والإلكترونات.
3- مدارات الإلكترون حول اللب
- تقوم الإلكترونات بالدوران حول نفسها، مما يُعرف بظاهرة الالتواء، حيث تخلق صورة جاذبة للمقياس 9.28×10-24.
- تتواجد الإلكترونات في مستويات طاقة محددة، حيث يمكن لكل مستوى استيعاب عدد معين من الإلكترونات.
- يكون المستوى الأول قادرًا على استيعاب إلكترونين، بينما المستوى الثاني يمكنه استيعاب حتى ثمانية إلكترونات.
- تمتلك الذرات استقرارًا من خلال فقدان أو اكتساب أو مشاركة الإلكترونات.
- الذرات التي تحتوي على دوائر إلكترونية نهائية تكون عادةً أكثر استعدادًا لفقدان أو اكتساب الإلكترونات حسب تركيبتها.
قوى الاحتفاظ
- تتكون قوى الاحتفاظ بين مكونات اللب من التفاعلات القوية، هناك تفاعل قوي يربط الكواركات التي تشكل البروتونات والنيوترونات.
- تعتبر القوى النووية أضعف من القوى القوية، وتعمل ضمن مسافات قصيرة بين البروتونات والنيوترونات.
- تتغلب القوى النووية على نفور البروتونات الناتج عن القوة الكهرومغناطيسية، مما يحافظ على استقرار اللب.
- مع زيادة المسافة، تضعف قوى الاحتفاظ بسرعة.
- بناءً على ذلك، يبقى اللب مستقرًا طالما لا يتجاوز حجمه حدًا معينًا.
نواة الرصاص 208
- تمثل نواة الرصاص 208 أثقل نواة مستقرة معروفة، وتتكون من 82 بروتونًا و126 نيوترونًا.
- تعتبر النوى الأكبر من الرصاص 208 غير مستقرة وتتضمن نشاطًا إشعاعيًّا، مثل تحلل ألفا أو بيتا.
- تزيد الكتلة الأساسية من الرصاص 208 من خطورة السقوط في كل شيء، وتقلل من عمر النصف للمادة، مما يؤدي بشكل قدر أكبر إلى تحللها.
- تظهر التجارب أن البزموت -209 ثابت بالنسبة لتحلل بيتا، ولكن تحلل ألفا لها عمر نصف طويل جدًا يعكس عمر الكون.
- بدأ العلماء يدرسون فكرة القوى النووية الاحتفاظ منذ عام 1934، بعد اكتشاف النيوترونات وطبيعة التركيب النووي.
- كانت فرضية القوى الاحتفاظ تُنسب إلى جزيئات بدائية تُسمى الميزونات في ذلك الوقت.
- منذ عام 1970، اتجه الباحثون إلى نظرية أن الميزونات تتكون من كواركات وغلوونات مرتبطة ببعضها البعض.
- هذا النموذج يسهم في تفسير القوى النووية التي تربط النوكليونات ببعضها البعض.
- تعتبر القوى القوية هي القوة الأساسية التي تتحكم في توصيل الكواركات في النوكليونات.
وللتعرف على المزيد، لا تنسى زيارة:
