تتضمن أنواع الجسيمات التي تحتوي على بروتين ونيوترونات، ويقدم موقع مقال (maqall.net) معلومات شاملة حول هذه الأنواع. يُعرف الجسيم بأنه أصغر وحدة بنائية، وهو يشكل الجزء smallest من المكونات المركبة، ويُستخدم المصطلح الإنجليزي “ذرة” للدلالة عليه. تعني كلمة “ذرة” باليونانية أنها لا تُقسم ولا تُقهر. من خلال العصور، قدم العلماء العديد من الفرضيات والنماذج المتعلقة بالذرة، مثل نموذج دالتون ونموذج فاراداي ونموذج رذرفورد.
أجزاء الجزيء أو الذرة
على عكس المعرفة التقليدية، فإن ذرة الجزيء تتكون من مكونات أصغر، وهي:
1- اللب (بالإنجليزية: Nucleus)
يعتبر اللب جزءاً محورياً من الجسيم، حيث يشكل الجزء الأكبر من كتلته.
- اكتشف الفيزيائي إرنست رذرفورد اللب في عام 1911.
- يتكون اللب من البروتونات والنيوترونات، وتحتفظ قوى الربط الذري (الإنجليزية: strong force) بأجزائه معاً.
2- البروتونات
- تمكن رذرفورد من اكتشاف جسيمات ذات شحنة موجبة داخل اللب وأطلق عليها اسم البروتونات.
- تتكون البروتونات من ثلاثة جسيمات أساسية تُعرف بالكواركات.
- تتكون الكواركات التي تشكل البروتونات من اثنين في الأعلى وواحد في الأسفل.
3- القاعدة
- تكون كتلة البروتون حوالي 1.673 × 10-27 كجم.
4- النيوترونات (بالإنجليزية: Neutrons)
- جسيمات غير مشحونة داخل النواة، قدّر رذرفورد وجودها عام 1920، إلا أن الباحث تشادويك أكد وجودها عام 1932.
- تكون كتلة النيوترونات أكبر قليلاً من كتلة البروتونات، حيث تساوي حوالي 1.6749 × 10-27 كجم، وتتشكل أيضاً من ثلاثة كواركات ولكن بترتيب مختلف: واحد في الأعلى واثنان في الأسفل.
5- الإلكترونات
- جسيمات مشحونة سلباً تجذبها البروتونات الموجبة، اكتشفها الباحث البريطاني جوزيف جون طومسون في عام 1897.
- السلوك الواضح للإلكترونات تم تفسيره من خلال نموذج الباحث إروين شرودينجر، حيث تدور الإلكترونات في مدارات حول اللب.
- الإلكترونات أقل كتلة بكثير من البروتونات والنيوترونات، حيث تعادل 9.109 × 10-31 كجم.
- بالنظر إلى مدارات الإلكترونات حول النواة، يمكن التنبؤ ببعض خصائص الجسيم، مثل القوة، ودرجة الغليان، والتوصيل.
جزيئات تحتوي على بروتين ونيوترونين
- تشمل الجزيئات عموماً جزيئات تحتوي على بروتين ونيوترونين، مثل جزيئات ألفا المكونة من بروتونين ونيوترونين متصلين.
- تعتبر جزءاً من الإشعاع الأيوني، كما تشمل جسيمات بيتا التي تتكون من الإلكترونات.
- تعتبر جسيمات البوزيترون وجاما وجزيئات ألفا من الأكثر خطورة، حيث لا يمكنها اختراق الجلد، ولكنها قد تُنفذ عبر الاستنشاق أو الابتلاع.
- بينما يُعتبر غاز الرادون تهديداً خطيراً وغير آمن للصحة الإنسانية.
فكرة الطاقة الحرارية
- من المرجح أن تُعتبر الطاقة النووية طاقة حرارية، ناتجة عن الدورات والانفعالات التي تؤثر على لب الجسيمات.
- على سبيل المثال، تتضمن التفاعلات المركبة للجزيئات والانشطار الذري.
- يتم استغلال الطاقة الحرارية لإنتاج الطاقة النووية، حيث يتم تسخين المياه لإنتاج بخار يُستخدم في توليد الكهرباء.
- تعتبر هذه الطاقة مرتفعة التكلفة وقد بدأت نقاشات واسعة على مستوى العالم حول تأثيرات الإشعاع والمفاعلات النووية على الكائنات الحية.
علم الفيزياء الذرية أو علم الفيزياء الجزيئي
- يدرس هذا العلم جميع مكونات المادة والجوهر، بما في ذلك الجسيمات التي تحتوي على بروتين ونيوترونات.
- لا يزال هناك العديد من الجوانب غير الواضحة في هذا المجال الواسع، مما يتطلب المزيد من الأبحاث والدراسات.
الخلفية التاريخية للجزيء
- عام 440 قبل الميلاد، اقترح الفيلسوف ديموقريطوس أن المادة تتألف من جسيمات صغيرة غير مرئية تُسمى “اليوتا”.
- وأكد أن الكون يحتوي على عدد غير محدود من الجزيئات التي تتحرك باستمرار، وتتحد لتشكل المادة دون اقتراب لتكون الذرات.
- في عام 1803 م، قدّم الفيزيائي البريطاني جون دالتون فرضيته النووية، والتي اعتبرت تأسيلاً لأفكار ديموقريطوس.
- تختص فرضيته بأن ذرات العناصر الفردية متشابهة، بينما تتباين الجزيئات من عناصر مختلفة في الوزن والخصائص.
- عام 1897 م، أثبت طومسون إمكانية فصل الجزيء وأوضح من خلال نموذج “فطيرة الزبيب” (Plum Pudding Model) كيفية توزيع الإلكترونات السالبة الشحنة.
- في عام 1911، قدم رذرفورد فرضيته بأن الجزيء يتكون من قلب صغير مشحون والإلكترونات تدور حوله.
- توالت الأبحاث، حيث قام نيلز بور بتوضيح خصائص الإلكترونات، وتبعته إروين شرودينجر الذي طور نموذجاً كمياً للذرة.
- كما اكتشف موراي جيل مان وجورج زويج أن البروتونات والنيوترونات تتكون من الكواركات.
صفات الجزيء
- تمتاز الذرات بعدد من الصفات، منها: العدد النووي الذي يحدد كمية البروتونات في اللب، والذي يحدد الخصائص التركيبية للمكون.
1- الجسيم المحايد
- هو الجسيم الذي تكون فيه كمية البروتونات مساوية لعدد الإلكترونات.
2- الكتلة النووية
- تُعرف بأنها مجموع البروتونات والنيوترونات في اللب، وتُقاس بوحدات الكتلة النووية.
- تساوي وحدة الكتلة النووية نصف كتلة جزيء الكربون.
- ومع ذلك، فإن الكتلة النووية ليست بالضرورة نفس كتلة الجزيء، إذ تتضمن كتلة الجزيء كتلة اللب فقط.
- كل مكون له عدة نظائر تختلف في الكتلة النووية بسبب تباين كمية النيوترونات.
- تدور الإلكترونات حول اللب بفعل القوى الجاذبة بين البروتونات الموجبة والإلكترونات السالبة.
3- دوائر الإلكترون حول اللب
- تدور الإلكترونات حول اللب هذه ظاهرة تُعرف بالتواء الجسيم.
- توجد الإلكترونات في مستويات طاقة معينة، حيث كل مستوى يحتوي على عدد محدد من الإلكترونات.
- مثلاً، يمكن للمستوى الرئيسي احتواء إلكترونين، بينما المستوى الثاني يمكنه التعامل مع ثمانية إلكترونات.
- من الممكن أن تصل الذرات إلى حالة مستقرة إما عبر فقدان أو اكتساب أو تبادل الإلكترونات.
- بصفة عامة، الذرات التي تحتوي على خمسة أو ستة أو سبعة إلكترونات في مدارها الخارجي تميل إلى اكتساب إلكترونات، بينما تلك الحاوية على اثنين أو ثلاثة إلكترونات تميل إلى فقدها عند التفاعل مع الجزيئات الأخرى.
- أما الذرات ذات الأربعة إلكترونات، غالباً ما تحافظ على توازنها دون فقد أو اكتساب.
قوى الاتصال
- تتسبب القوى الجاذبة بين مكونات اللب بفعل التفاعلات القوية التي تربط الكواركات التي تشكل البروتونات والنيوترونات.
- تُعتبر القوى النووية المسؤولة عن ربط البروتونات والنيوترونات أقل قوة من القوى القوية.
- تعمل القوى النووية عبر مسافات قصيرة بين البروتونات والنيوترونات، مما يفسر لماذا تُعد هذه الجسيمات جزءاً من اللب.
- تتغلب القوة النووية على النفور الكهربائي الناتج عن الشحنات الموجبة للبروتونات، مما يحافظ على سلامة اللب.
- تتناقص فعالية القوة الجاذبة مع زيادة المسافة.
- بناءً على ذلك، يظل اللب مستقرًا ما لم يتجاوز حجمًا معينًا.
نواة الرصاص 208
- تُعتبر نواة الرصاص 208 أثقل نواة مستقرة، حيث لا تتعرض لتفاعلات التحلل، وتحتوي على 82 بروتوناً و126 نيوتروناً.
- تمثل النوى الأكبر من الرصاص 208 خطراً كبيراً وقد تتعرض للإشعاع، مثل التحلل الألفا أو بيتا.
- شهدت النوى الأكبر من الرصاص 208 زيادة في نشاطها الإشعاعي، مما ينذر بزيادة معدل التحلل.
- لوحظ أن البزموت 209 ثابت في حالة التحلل بيتا، ولكن تحلل الألفا له فترة نصف عمر طويلة جداً.
- بدأ الباحثون عام 1934 دراسة قوى الربط النووية بعد اكتشاف النيوترونات، مما أدى إلى فهم تركيبة اللب من البروتونات والنيوترونات.
- تطورت هذه الفكرة مع مرور الوقت، حيث اعتُبر أن القوى النووية تُنقل عبر جسيمات بدائية تُعرف بالميزونات.
- بحلول السبعينات، تطور الفهم ليشمل الكواركات والغلوونات كمكونات أساسية تعزز الربط بين النوكليونات.
- ساهم هذا النموذج في توضيح القوى الذرية الحقيقية التي تربط النوكليونات معًا في اللب النووي.
- تعتبر هذه القوى هي الأكثر أساساً التي تتحكم في توصيل الكواركات ضمن النوكليونات.
لا تفوتوا فرصة التعرف على المزيد: