الذرة
تطورت العلوم على مر التاريخ، وزادت الاكتشافات مع تطور الأجهزة العلمية المستخدمة، والعلوم بحار شاسعة ترتبط فيما بينها ارتباطًا وثيقًا بصورة أو بأخرى، وقد سعى علماء الفيزياء منذ القدم للبحث في خصائص المادة وتركيبها ومكوناتها، وقد ساعدتهم الأبحاث المتراكمة من عام لآخر للوصول إلى التفسير الحالي للمادة ومكوناتها رغم أن الابحاث والاكتشافات ما زالت باقية، وتُعرف المادة على أنها عدد من الذرات المترابطة فيما بينها، وكان الاعتقاد السائد بأن هذه الذرات لا يمكن تجزئتها بصورة أبسط، إلى أن أثبتت إمكانية ذلك، وحددت مكونات للذرة الواحدة.
مكونات الذرة
ساعدت تجارب العلماء في توصل العالم طومسون إلى اكتشاف الإلكترونات، أحد مكونات الذرة وأصغر شحنة في الكون، كما ساعدت في توصل العالم رذرفورد إلى المكون الآخر للذرة المعروف بالنواة، النواة بدورها تتكون من جسيمات أخرى تُعرف بالنيوترونات والبروتينات. أما الإلكترونات فهي دقائق سالبة الشحنة، تدور حول النواة، وهي موجودة في كل ذرة لكن عددها يختلف من ذرة لأخرى، ويمثل عددها الكلي في الذرة الواحدة ما بعرف بالعدد الذري، وهي الصفة التي تُطلق على الذرة وتميزها عن غيرها، أما البروتونات، فهي أساس الذرة ومكونها الأساسي، وهي موجبة الشحنة، والنيوترونات متعادلة الشحنة ولها وزن أكبر من وزن البروتينات.
الذرة بمجملها متعادلة إلكترونيًا، إذ إن عدد البروتينات يساوي فيها عدد الإلكترونات ويخالفه في الشحنة، وقد قدم العالم بور نموذجًا أوليًا في الفيزياء الكلاسيكية يبين فيه حركة مكونات الذرة وشكلها، إذ تكون النواة مركز الذرة وتدور الإلكترونات حولها في مسارات ثابتة سميت بمدارات الإلكترون، فحركة الإلكترون من مدار لآخر تُكلفه مقدارًا من الطاقة، أما في النموذج الحديث للذرة فقد شُكك بمسارات الإلكترونات وُمنحت خاصية الشذوذ وعدم القدرة على تحديد مساراتها الفعلية بشكل دقيق.
الأيونات
الأيون هو حالة خاصة من الذرة، وذلك بعد أن تحدث لها عمليات فقد الإلكترونات أو كسب مما ينفي عنها صفة التعادل، وسواءً كان ذلك في ذرة واحدة أم في مجموعة من الذرات المرتبطة مع بعضها البعض، إذ يُعرف الأيون السالب بأنه ذرة كسبت عددًا من الإلكترونات، وأصبحت شحنتها سالبةً بمقدار ما كسبت، أما الأيون الموجب فهو ذرة فقدت عددًا من الإلكترونات، وأصبحت شحنتها موجبةً بمقدار ما فقدت، ويسمى الأيون أحادي الذرات إن كان الفقد والكسب على مستوى الذرة الواحدة، في حين يسمى متعدد الذرات في حال كان ناتجًا عن ارتباط أكثر من ذرة، إذ تكون شحنة الأيون كليةً وليس لذرة بعينها.
تجارب العلماء في اكتشاف مكونات الذرة
تعاقبت دراسات وتجارب العالم من وقت لآخر، حتى اكتشاف مكونات الذرة وقد اعتمدوا في بحوثهم على بعضهم البعض. ويمكن ذكر بعض التجارب التي ساعدت في اكتشاف مكونات الذرة كما يأتي:
- اكتشاف الإلكترون: اعتُمد بشكل أساسي في ذلك على تجارب التحليل الكهربائي، والأطراف مختلفة الإشارة التي تُسلط عليها الأشعة؛ إذ لوحظ وجود أشعة تنحرف عن الطرف السالب وتتجه متجاذبةً مع الطرف الموجب، سُميت بالإلكترونات فيما بعد، ويعود الفضل في اكتشافها للعالم طومسون.
- اكتشاف البروتونات: فقد استخدمت تجربة إطلاق أشعة ألفا على صحيفة من البيريليوم بوجود غاز النتروجين، ولوحظ حينها وجود الومضات المدللة على الجسيمات الموجبة، ويُعد العالم شادويك هو موجدها.
- اكتشاف النيوترونات: ويعود فضل اكتشافها أيضًا إلى العالم شادويك، في تجارب الأشعة والصفائح ولأكثر من مرة. وقد لوحظ قبل اكتشاف النيوترونات بأن كتلة نواة العنصر تعادل ضعفي الكتلة المتوقعة، فلم تكن النيوترونات سهلة التفاعل والظهور لأنها متعادلة، وقد حدد شادويك كتلة النيوترون باعتبارها 1.0067 من كتلة البروتون، وهذا يفسر اختلاف كتلة النواة عن الكتلة المتوقعة آنذاك.
