البنية الذرية

قدم الفيلسوف اليوناني ديمقراطيوس أقتراح بأن كل شيء في الأرض مكون من جزيئات صغيرة تسمى "اتوموس" باليونانية وتعني "غير قابلة للتجزئة"، ومنها اِشْتَقَّ المصطلح الحديث "ذرة". في القرن التاسع عشر، أقترح جون دالتون النظرية الذرية التي تعتبر صحيحة جزئياً حتى اليوم. وقد طرح خمس فرضيات لشرح كيفية تكوين الذرات للعالم من حولنا. (1) جميع المادة مكونة من جزيئات صغيرة بلا حدود تسمى ذرات. (2) جميع ذرات العنصر الواحد متطابقة بعضها البعض و (3) مختلفة عن ذرات جميع العناصر الأخرى. (4) يمكن أن يتفاعل عناصران أو أكثر في نسبة ثابتة لتكوين مركب. (5) لا يمكن إنشاء الذرات أو تدميرها في التفاعل الكيميائي، ولكن يمكن إعادة ترتيبها لتكوين مواد جديدة.

لقد كان دالتون صحيحاً جزئياً حول الجزيئات التي تشكل المادة. فبينما لا يمكن تكسير الذرات عن طريق العمليات الكيميائية أو الفيزيائية العادية، فإنها تتكون من ثلاثة جسيمات دون ذرية أصغر. جاء أول دليل حول التركيب دون الذري عندما اكتشف ج. ج. طومسون الإلكترون. كان العلماء يعلمون أن الشحنة الكلية للذرة متوازنة، لكن "نموذج طومسون للذرة - نموذج هلام البرقوق" الخاصة بطومسون للذرة قدم معلومات جديدة بشأن وجود جسيم مشحون سالب، مما يشير إلى وجود إلكترونات مرصعة في جميع أنحاء منطقة موجبة الشحنة. في وقت لاحق، أجرى إرنست رذرفورد تجربة تظهر أن معظم كتلة الذرة تتركز في النواة، حيث تمثل البروتونات الشحنة الموجبة للذرة، وتشكل الإلكترونات الصغيرة سالبة الشحنة معظم المساحة خارج النواة.

وقد أبطل ذلك نموذج هلام البرقوق الذي وضعه طومسون. في عام 1932، اكتشف جيمس تشادويك أن النيوترون يمثل الكتلة الموجودة في الذرة.

طبقًا للنظرية المقبولة حاليًّا، توجد البروتونات في نواة الذرة، ولها شحنة موجبة، وكتلة كل منها وحدة كتلة ذرية واحدة (AMU). وعدد البروتونات يساوي العدد الذري في الجدول الدوري ويحدد هوية العنصر. توجد النيوترونات أيضًا في النواة. وهي ليس لها شحنة ولكن لها نفس كتلة البروتونات، وتساهم في الكتلة الذرية للذرة. تدور الإلكترونات حول النواة في سحب حول النواة. وهي ذات شحنة سالبة وكتلة ضئيلة؛ لذا فهي تساهم في الشحنة الكلية للذرة ولكن ليس في كتلتها.