جسيمات الذرة وشحناتها
يحدّد موقع البروتونات والنيوترونات والإلكترونات في الذرة وشحنة كل منها، ويستنتج أن الذرة متعادلة حين يتساوى عدد بروتوناتها وعدد إلكتروناتها.
المحاكاة التفاعلية
محاكاة تفاعلية: بناء الذرة — من PhET
لا تُحمَّل المحاكاة إلا بطلبك. اضغط لبدء التشغيل — قد تستغرق لحظات على الاتصال البطيء.
في كتابك
- نشاط (٢): جسيمات الذرة — الجزء الأول، ص ٣٣
خطوات التجربة
افتح شاشة «ذرة»، واختر من «نموذج:» الخيار «مدارات» كي تظهر المستويات حول النواة.
اسحب بروتونًا من سلّته إلى مركز الذرة، ثم اسحب نيوترونًا إلى المكان نفسه. لاحظ أين يستقر كل منهما، وابدأ في دفترك جدولًا كجدول الكتاب: الجسيم، الشحنة، الموقع.
افتح صندوق «الشحنة الإجمالية»، ثم أضف بروتونًا ثانيًا وسجّل كيف تغيّرت الشحنة. أضف بعده نيوترونًا آخر، ولاحظ: هل تغيّرت الشحنة؟
اسحب إلكترونًا واحدًا إلى الذرة. لاحظ أنه يستقر في مدار حول النواة لا داخلها، وسجّل التغيّر في «الشحنة الإجمالية».
أضف إلكترونًا ثانيًا حتى يتساوى عدد الإلكترونات وعدد البروتونات، واقرأ «الشحنة الإجمالية».
أضف إلكترونًا ثالثًا ثم أعده إلى سلّته، ثم أخرج بروتونًا من النواة. سجّل إشارة الشحنة في كل حالة، واكتب العلاقة بين عدد الإلكترونات وعدد البروتونات في الذرة المتعادلة.
الفكرة العلمية
تتكوّن الذرة من نواة في مركزها، تتركّز فيها البروتونات موجبة الشحنة والنيوترونات متعادلة الشحنة، وحول النواة مستويات تدور فيها الإلكترونات سالبة الشحنة. ولذلك رأيت الشحنة الإجمالية تزداد مع كل بروتون، وتنقص مع كل إلكترون، ولا تتغيّر حين تضيف نيوترونًا. وحين يتساوى عدد البروتونات وعدد الإلكترونات تتعادل الشحنات الموجبة والسالبة، فتكون الذرة متعادلة كهربائيًا وشحنتها صفر. وكتلة البروتون تساوي تقريبًا كتلة النيوترون، وكل منهما أثقل من الإلكترون بنحو ١٨٤٠ مرة، فتتركّز كتلة الذرة في نواتها. تنبيه: رسوم المحاكاة ليست بمقياس حقيقي، فالنواة في الواقع أصغر كثيرًا من الذرة كلها، والإلكترونات أصغر مما تبدو.
قوّم نفسك
جرّب المحاكاة أولًا ثم أجب. لا درجات ولا تسجيل — الإجابات لك وحدك، وتختفي بإغلاق الصفحة.
أين يستقر النيوترون حين تسحبه إلى الذرة في المحاكاة؟
- في مدار حول النواة مع الإلكترونات
- في النواة مع البروتونات
- خارج الذرة بعيدًا عنها
- في أي مكان تتركه فيه
اعرض الإجابة
ب) في النواة مع البروتونات
النيوترونات والبروتونات تكوّن النواة معًا، أما المدارات فللإلكترونات وحدها. ويخلط بعض الطلبة بين النيوترون والإلكترون لتشابه اسميهما، فيظنونه يدور حول النواة.
بنيت ذرة فيها ٤ بروتونات و٥ نيوترونات و٤ إلكترونات. ماذا يظهر في صندوق «الشحنة الإجمالية»؟
- +٤
- +٩
- ٠
- −١
اعرض الإجابة
ج) ٠
الشحنة = عدد البروتونات − عدد الإلكترونات = ٤ − ٤ = صفر. والنيوترونات لا تدخل الحساب لأنها متعادلة؛ ومن أجاب +٩ عدّها موجبة لأنها في النواة، ومن أجاب +٤ نسي الإلكترونات.
أيّ تغيير يجعل شحنة ذرة متعادلة سالبة؟
- إضافة بروتون
- إضافة نيوترون
- إزالة إلكترون
- إضافة إلكترون
اعرض الإجابة
د) إضافة إلكترون
الإلكترون سالب، فإضافته تجعل الشحنات السالبة أكثر من الموجبة. أما إضافة بروتون أو إزالة إلكترون فتجعل الشحنة موجبة، وإضافة نيوترون لا تغيّرها لأنه متعادل.
في الذرة شحنات موجبة وشحنات سالبة، فلماذا نقول إن الذرة متعادلة كهربائيًا؟
اعرض الإجابة
لأن عدد البروتونات الموجبة في الذرة المتعادلة يساوي عدد الإلكترونات السالبة، وشحنة البروتون تعادل شحنة الإلكترون. فتلغي الشحنات الموجبة الشحنات السالبة، وتظهر «الشحنة الإجمالية» صفرًا.
قال زميلك إن معظم كتلة الذرة في إلكتروناتها لأنها تملأ أكبر مساحة. كيف تردّ عليه بما رأيته في صندوق «العدد الكتلي»؟
اعرض الإجابة
رأيت أن «العدد الكتلي» يزداد حين أضيف بروتونًا أو نيوترونًا، ولا يتغيّر حين أضيف إلكترونًا. فالبروتون والنيوترون أثقل من الإلكترون بنحو ١٨٤٠ مرة، وهما في النواة، فتتركّز كتلة الذرة في نواتها لا في إلكتروناتها.