بحث علمى شامل عن الذره

بحث علمي شامل عن الذرة atom

عالم الذرة:
ظهر مصطلح الذرة (atom) على يد الفيلسوف (ديموقريطيس) في القرن الخامس قبل الميلاد دون دليل تجريبي على ذلك سوى فكرة بديهية فلسفية فكل شيء في الكون يتكون من أشياء صغيرة وهذه تتكون من أصغر وهكذا بالتتابع فأفترض أن المادة تتكون من وحدات أولية غير قابلة للإنقسام أعطاها اسم ذره وظل هذا المصطلح يسبح في الذاكرة البشرية لقرون حتى جاء العالم الإنجليزي (دالتون) في القرن الثامن عشر الميلادي ليضيف إلى ذلك أن هذه الذرات تتجاذب متحدة لتصنع المركبات وقدم هذا العالم قانونه الشهير في تفاعل الغازات.

طرق الخيط:-
مع اكتشاف الكهرباء ظهرت تقنية أشعة المهبط (cathode-ray) وهي التي تظهر أثناء تمرير الكهرباء في أنبوب مفرغ من الهواء (فكرة التلفزيون فيما بعد) فوجد الفيزيائيون انحراقاً لهذه الأشعة بتأثير أي مجال مغناطيسي يسلط عليها بل وقد تصنع ظلالاً إذا أعترضها
أي جسم فبدأ الاعتقاد أن هذه الأشعة تتكون من جسيمات تملك شحنة كهربائية سالبة وبدأ البحث عن كنهها فأثبت العالم (تومسون) في عام 1879م أن هذه الجسيمات هي الالكترونات (electrons) وقاس كتلتها وقدرها 10.9.1 -27 جم. ثم باكتشاف النشاط الإشعاعي للعناصر الثقيلة في عام 1896م على يد العالم (هنري بيكريل) تم تصنيفها فيما بعد في ثلاث إشعاعات هي أشعة ألفا (α) وأشعةبينا (β) ً وأشعة جاما ( γ ) كان هذا الاكتشاف المدخل لمعرفة بينة الذرة الداخلية بعد ذلك

وجاء رذر فورد:
استفاد الفيزيائي (أرنست رذرفورد) من الإشعاعات في تجربته الشهيرة لمعرفة تركيب الذرة فقام بتوجيه حزمة من أشعة ألفا على صفيحة معدنية رقيقة فوجد أن القسم الأعظم منها أخترق الصفيحة بينما عانى جزء منها إنحرافاً في المسار فأستنتج أن حجم الذرة فراغ أما مادة الذرة النواه فتحوي جسم يجعل الأشعة تنحرف ولم يكن هذا الجسم سوى البروتون (proton) ذو الشحنة الموجبة وكتلة 1.672 * 10 -24 جم، ليأتي بعد ذلك العالم (شادويك) ويضيف إلى قلب النواة جسيماً آخراً أطلق عليه اسم نيترون (neuron) ذو شحنة متعادلة (إلى شحنة له) له كتلة مقاربة للبروتون.. فكان نموذج رذر فورد للذرة عبارة عن نواة فتمركز فيها بروتونات ونيترونات تمثل 99.9% من كتلة الذر و يدور حولها للالكترونات مشابه لحد كبير المجموعة الشمسية إذا أن النواة تشابه الشمس وباقي الكواكب تمل لها الالكترونات، وهذه الذرة من الصغر بمكانه إذ تقاس بوجود الانجستروم (angstrom) وهي تساوي واحد على عشرة مليون من المليمتر فقطر ذرة الهيدروجين (أصغر ذرة في الوجود) يبلغ 5% أنجستروم بحيث لو رصيت 600 ألف مليار مليار ذرة إلى جوار بعض لكون لك واحد جرام فقط.

أوجه الذرة:-
يكون عدد البروتينات الموجبه مساو لعدد الالكترونات السالبة ليعطي التوازن الكهربائي للذرة وهذا العدد يمثل شخصية الذرة بمعنى أن الاختلاف بين الذرات في العناصر المتعددة يعود لعدد هذه البروتينات فبزيادة العدد أو نقصانه يكون عنصراً آخر فمثلاً بروتونات الهيدروجين واحد والهيليوم أثان وهكذا اليورانيوم أثنان وتسعون وهذا ما عرف بالعدد الذري للعنصر (Atomic number).
وحاصل جمع عدد النيترونات مع عدد البروتونات يعطي العد الكتلي (Mass Number) للعنصر فمثلاً العدد الكتلي لذرة الهيدروجين الطبيعي تساوي أثنان (أي واحد بروتون وواحد النيترون) فظهر لهذا السبب نظائر العنصر الواحد أي أوجه مختلفة لنفس العنصر كلها لها نفس العدد الذري لكنها تختلف في العدد الكتلي تبعاً لزيادة أو نقصان عدد النيترونات في النواه تسمى النظائر (isotopes) فعنصر الهيدروجين له نظيران هما: الدتريوم عدده الكتلي أثنان والتيرتيوم عدده الكتلي ثلاثة (واحد بروتون واثنان نيترون) ويرمز لها 2H1 حيث الرقم العلوي يمثل العدد الكتلي والسفلي العدد الذري وهكذا تعددت النظائر في الحياة.
وهذه النظائر تم تصنيفها إلى قسمين الأولى مشعة (غير منفردة) والأخر مستقر فالمشع تكون نواته غير مستقرة وتصدر الإشعاعات السابقة لتتحول إلى عنصر آخر مستقر (وتظهر هذه الحالة في العناصر التي يزيد عددها الذري عن 85) والوقت اللازم لهذه العناصر لتستقر وتتحول إلى عناصر غير مشعة يسمى عمر نصف النظير قد يصل إلى ملايين سنوات كما في نظائر اليورانيوم أو إلى عدة ثوان كما في نظائر الرصاص.)
ويوجد في الكون 280 نظير مستقر و 46 نضير مشع أما العناصر المستقرة هي العناصر العادية.
هيولي الإلكترون:-
تطورت النظريات بعد ذلك ولكنها تنصب في شرح سلوك هذه الجسيمات الثلاث داخل الذرة وعلاقتها مع بعضها البعض وهذه النظريات انطلقت من نموذج رذر فورد السابق الذكر في محاولة لتحسينه وتطوير الأفكار عليه.. فكان اقتراح العالم (نيلزبوهر) أن الالكترونات تدور حول النواة في مدارات ثم رصدها بـ7 مدارات (كدوران الكواكب حول الشمس) وتم رصد كم استيعاب كل مدار من الالكترونات وأن المتحكم في بقاء هذه الالكترونات على هذه المدارات هي الطاقة التي تمتلكها بحيث تظل على تلك المدارات أو تغادرها لكن تحديد مكان الالكترون على المدار كانت المعضلة نتيجة للسرعة الفائقة لدوران الالكترون (7ملايين مليار لفة في الثانية) مكوناً السحابة الالكترونية (electron cloud) حول النواة.
وهذا الالكترون صار له طبيعتين هما الموجبين والجسيمة (نظراً لكتلته تقدر بحوالي 1/1840 كتلة البروتون) فقادت هذه الازدواجية لفرضية دالة الاحتمالية على مكان الالكترون ومبدأ عدم اليقين فيما بعد...
مارد القمم العجيب:-
منذ أن ظهرت النظرية النسبية الخاصة لاينشتاين عام 1905م والتي دلت على أن الطاقة والكتلة وجهان لعملة واحدة أي يمكن تحويل الكتلة إلى طاقة حسب معادلة اينشتاين الشهيرة الطاقة= الكتلة* مربع سرعة
الضوء كان ذلك ابذانا بفتح كبير داخل الذرة وأنه يمكن تحرير طاقة عظيمة مخزونة فيها ولكن أين هذه الطاقة؟
من معرفتنا بنموذج الذرة الأخير فالنواة تحوي البروتونات الموجبة والنيترونات المتعادلة تدور حولها الكترونات سالبة فلو سألنا أنفسنا لماذا لا تتنافر البروتونات الموجبة الموضوعة متجاورة في نواة الذرة؟
لأن هناك قوة أطلق عليها اسم القوة النووية الشديدة (Strong nuclear) تقوم ربط البروتونات مع بعضها البعض متغلبة على قوة التنافر بينها وتظهر هذه القوة كطاقة فيما يسمى بالاندماج النووي.
الاندماج النووي Nuclear fusion:-
عند إلتحام نوى ذرات صغيرة لتكوين نوى أكبر يصاحب ذلك تحرر طاقة كبيرة نسميها طاقة الاندماج النووي وتحتاج هذه العملية لطاقة كبيرة لكنها تنتج طاقة أكبر وهذا موجود في قلب (الشمس) حيث الحرارة 15مليون درجة مطلقة. فتندمج 600 مليون طن من الهيدروجين في كل ثانية منتجاً نبضة واحدة بطاقة مليون قنبلة نووية.. وكان هذا الأساس لصناعة القنابل النووية (الهيدروجينية) التي تم تفجيرها لأول مرة عام 1952م وعلى النقيض من ذلك فالطاقة المتحررة من فلق الذرة (حسب معادلة اينشتاين) هذه الطاقة المتحررة هي القوة النووية الضعيفة(Nuclear fission) (أقل ضعف من القوى النووية الشديدة من مائة ألف مرة) تقودنا لمفهوم الانشطار النووي.
الانشطار النووي Nuclear fission:-
هي تفكك نواة كبيرة (غير مستقرة) مكونة نوى أصغر ومحررة طاقة كبيرة كتفكك لنواة اليورانيوم عند قذفها بنيترون إلى أنوية أصغر ويكون هذا الانشطار متحكم فيه كما في المفاعلات الذرية أو غير متحكم فيه كما في القنابل الذرية وقد استخدمت هذه التقنية في أوائل الأربعينات لصناعة قنبلة ذرية والجدير بالذكر أن القنابل الهيدروجينية المستخدمة الطاقة النووية الشديدة يكون فتيلها قنبلة ذرية.
تقنية المســـرعات:-
كانت جهود العلماء حثيثة لسير أعماق الذرة أكثر فأكثر فاحتاجوا لتقنية تسمح لهم الولوج إلى عالم الذرة المتناهي الصفر فكانت تقنية المسرعات تقوم هذه التقنية على تعجل (تسريع) جسيمات ذرية صغيرة (كالبروتونات مثلاً) وإكسابها طاقة عالية جداً ثم يسمح لها بالاصطدام بأهداف نووية وبعد الاصطدام يتم فحص النتائج لمعرفة أكبر لهذه الجسيمات... وتقاس هذه الطاقة بوحدة تسمى الالكترون فولت (electron volt) فإذا عبر الجسيم ناقل كهربائي لآخر يزيد عليه فولت واحد فقد أكتسب طاقة مقدارها الكترون فولت واحد.
فكانت أول المسرعات (accelerators) هو المسرع الخطي في عام 1928م على يد (رولف فيدرو) في ألمانيا ثم ظهر (السيكلوترون) في عام 1930م على يد (أورلاند لونس) بطاقة 80.000 الكترون فولت ثم في عام 1952م كان السنكروتون لتعجيل البروتونات بطاقة مليار الكترون فولت وفي عام 1967م كان المعجل (سلاك) ذو الطول 3كم الذي أكتشف جسيمات داخل البروتون وآخر الأمر كان المعجل في مختبر (ديزي) في ألمانيا عام 1992م بطول 4أميال وطاقة مقدارها 30مليار الكترون فولت ومشروع المعجل الفائق الذي يعمل بطاقة (10 19) الكترون فولت وبقطر 53 ميل في الطريق إلينا.
عالـــم جـديــد:-
أدت هذه التقنية العالمية من المسرعات إلى اكتشاف جسيمات صغيرة داخل الذرة فلم تعد أصغر لبنة في الذرة هي البروتونات والإلكترونات والنيترونات لكن وجد أن هذه الجسيمات الثلاث تتكون من جسيمات أخرى أصغر منها بل وظهرت عائلات كثيرة ومتعددة (انظر الرسم المرفق) فقد قسم العلماء هذه الأجسام إلى فيرمونات (Fermions) وهي مكونات (البروتونات/ النيترونات/الالكترونات) والبوزونات (Bosons) وهي الحاملة للقوى الأربعة الرابطة والمؤثرة على جسيمات الفيرمونات.
هذه الفيرمونات تتكون من نوعين:-
)أولاً : الهايدرونات (Hadrons:-
وتتكون من مجموعتين باريونات (Baryons) المكونة من جسيمات ثلاثة تحمل شحنة كهربائية كسرية (أي جزء من الشحنة) تسمى كوارك (Quarks) وهي أنواع كما في الجدول التالي:-
الجيل الأول
الجيل الثاني
الجيل الثالث
كوارك قاع
B
كوارك قمة P
كوارك غريب S
كوارك ساحر C
كوارك علوي U
كوارك سفلي D
فالبروتون يتكون من ثلاث كوارك أثنان علوي وواحد سفلي.
والنيترون يتكون عن ثلاثة كوارك اثنان سفلي وواحد علوي ونتيجة لشحنه الكوارك الكسريه فلا توجد حره بل تتجمع لتكوين البروتون الموجب أو النيترون المتعادل المجموعة الثانية تسمى الميزونات (mesons) المكونة من جسيمات ثانية مثل جسم البيون (pion) والكاون (kaon) أي تتكون من كوراكين فقط.
ثانياً اللبتونات (lepton).
وهذه تحمل شحنة كهربائية كاملة مثل الإلكترون وهي أنواع كما في الجدول التالي:-
الجيل الأول
الجيل الثاني
الجيل الثالث
جسيم التاو
سالب
جسم نيوترينو التاو
محايد
جسيم المون
سالب
جسيم نيوترينو الميون
محايد
جسيم الإلكترون
سالب
جسيم نيوترينو الإلكترون محايد
جسيم نيوترينو الإلكترون يسمى النيوترينو (Neutrino) وهي ينطلق بسرعة الضوء وتستطيع اختراق أي شيء دون أن تبطئ من سرعته وله دور في تحويل الطاقة من النجوم إلى لهب متناثر ووجوده في الكون قليل ففي كل سنتمر مكعب يوجد نيوترينو واحد.
القوى الأربعة
عرفنا فيما سبق قوتين نوويتين هما القوى النووية الشديدة والقوى النووية الضعيفة وهما تعملان في نواه الذرة.
وهناك قوتان آخريتان هما قوة الجاذبية المشهورة والتي تعمل على نطاق واسع في الكون (بين الكواكب والأجسام) ثم القوى الكهرومغناطيسية وهي التي تعمل مع الجسيمات المشحونة بأي شحنه كهربائية.
وهذه القوى تحتاج لجسيمات تقوم بنقل تأثيرها وهنا يأتي الفرع الآخر من الجسيمات الدقيقة وهي البوزنات (Bosons) فالقوى النووية الشديدة يحملها جسيم صغير يسمى الجليون (Gluon) وتؤثر على كوارلوك البروتونات أما القوى النووية الضعيفة فيحملها جسيم يسمى البوزون (Boson) وهي ثلاث أنواع (W+) موجب الشحنة و(W-) سالبة الشحنة و (Zo) متعادلة الشحنة وتؤثر على البروتونات والنيترونات بمشكل خاص.
وقوى الجاذبية يحملها جسيم يسمى الجرافيتون (Gravition) و آخر القوى هي القوه الكهرومغناطيسة ويحملها الفوتون (Photon) المسئول عن ربط الإلكترونات السالبة بالنواة الموجبة والأجسام المشحونة الأخرى وهناك ألف مليون فوتون لكل ذره في الكون.
الأجسام المضادة:-
وكنتيجة أخرى للنظرية النسبية التي ربطت بين الطاقة والكتلة ففناء الكتلة يكون الطاقة وما الضوء والإشعاعات إلا أحدى الطاقات المتعددة في الكون ظهر مصطلح ضديد المادة المضادة (Antimatter) فكل جزيء له جزيء مضاد له في الشحنة مساوي له في الخصائص الأخرى وكان أول من تنبأ بذلك العالم الإنجليزي بول دايراك عام 1928م فالبروتون الموجب له ضديد سالب والإلكترون السالب له ضديد موجب يسمى البزيترون (Positron) وهكذا وظل هذا الأمر نظرياً حتى أثبته التجارب بعد ذلك تم اكتشاف البزيترون عام 1932م وتم اكتشاف ضديد البروتون عام 1956م، وعند إلتقاء الضديدين مع بعض يتم فنائهما وتحرر طاقة من أشعة جاما.
حتى الجزيئات الدقيقة الكوارك لها ضديد يكون موجود داخل الأجسام التي تتكون فيها كالبيون (Pion) يتكون كوارك علويU ونقيض الكوارك السفلي D-،
أما أغرب الدراسات هي في ثمانينات القرن العشرين التي تشير إلى أن الكوارك تتكون هي الأخرى من أجسام أصغر ثم أعطائها بعض المسميات مثال ذلك.
Prequark
Sabquark
Preon
Maon
بريكوارك
سايكوارك
بيريون
ماوور
وكذلك جزيئات أخرى اللبتونات هي:-

Alphon
Painks
Rishons
ألفوتر
كويتكر
يشوتر
وظهر فرع من الفيزياء يعتني بهذه الجسيمات التي زاد عددها عن 200جسيم يسمى فيزياء الجسيمات الأولية للمادة

الذرة وحدة بناء الكون:
ساد في القدم الاعتقاد بأن الذرة تعني الجوهر الذي لا يتجزأ إلى ما هو أصغر. وقد ظل هذا الاعتقاد قائمًا حتى عام 1789، عندما عثر العالم الألماني "مارتن كلابروث" على عنصر يصدر ومضات ضوئية في الظلام، لكنه لم يتمكن هو أو غيره من العلماء من وضع تفسير لهذه الظاهرة الغريبة. وتكريما لكوكب يورانوس أو أورانوس الذى كان قد اكتشف في نفس التوقيت أطلق عليه اسم "يورانيوم".
مضى قرن من الزمان والمادة الجديدة في عزلتها كما لو كانت أعجوبة في معامل الأبحاث، حتى استطاعت العالمة البولندية ماري كوري اكتشاف عناصر الثوريوم والبولونيوم والراديوم، وبذا تأكدت ظاهرة النشاط الإشعاعي الذاتي لبعض العناصر الموجودة في الطبيعة.
استفاد رذرفورد أبو الطاقة الذرية من هذه الظاهرة في دراسة تركيب الذرة، وقد عرف فيما بعد أن المواد المشعة تقذف بجسيمات يطلق عليها "ألفا" أو إشعاع بيتا وجاما؛ وفكر رذرفورد فيما سيحدث لو قام بتعريض رقاقة من الذهب لمصدر يقذف بجسيمات ألفا. وقد كان من المتوقع أحد احتمالين: الأول أن تنفذ جسيمات ألفا من رقاقة الذهب مخترقة إياها، أو أن تنفذ بداخلها وتستقر بها محدثة بعض التغييرات في تركيبها. ولكن كانت المفاجأة في نتائج التجربة..
ففي الوقت الذي نفذ فيه عدد كبير من جسيمات ألفا خلال الرقاقة دون أن تغير من اتجاهها انحرف البعض بزاويا مختلفة، كما ارتد البعض الآخر عائدًا للخلف. وقد استغرب رذرفورد النتائج، وعلق عليها قائلا: "لقد كان الأمر غريبا، تمامًا كما أطلقت قذيفة من عيار 15 بوصة على ورقة رقيقة، فلم تنفذ خلالها، وإنما ارتدت إليك لتصيبك".
وبعد تفكير عميق استنتج أن الظاهرة تعود إلى أن جسيمات ألفا موجبة الشحنة قابلت في طريقها في رقاقة الذهب جسمًا آخر له نفس الشحنة؛ وهو ما يعد
تطبيقًا لقاعدة علمية؛ مفادها أن "الأجسام متشابهة الشحنة تتنافر، والأجسام مختلفة الشحنة تتجاذب".
واستنتج رذرفورد أن كتلة وشحنة هذا الجسم الموجود داخل نطاق ذرات الذهب كانتا كبيرتين ومركزتين جدًا؛ لدرجة أن جسيمات ألفا قد انحرفت جانبا، بل وإلى الخلف على الرغم من سرعتها الكبيرة التي تصل لحوالي 20 ألف كم في الثانية.
وبعد سنتين من البحث تم فيهما قذف كل مكان محتمل بالذرة، تم التأكد من صحة الاستنتاج، وقد أطلق على هذا الجزء "النواة"، وتبين أنها تشغل حيزا صغيرا جدا داخل الذرة، إلا أنها تتركز فيها غالبية كتلتها، وكان هذا أول باب يفتح أعين العلماء على أن الذرة تتألف من مكونات أصغر، ولكن يبقى السؤال: ماذا يشغل الجزء الباقي من الذرة؟

فروض بوهر الثلاثة:
يدور الالكترون حول النواة في مدارات ثابتة ذات أنصاف أقطار محددة
كمية التحرك الزاوي للالكترون كمية مكممة
لا يشع الالكترون طاقة الا اذا انتقل من مدار بعيد عن النواة الى مدار أقرب منه

ملاحظات:
أولا : طبق بوهر قوانين الفيزياء التقليدية على الذرة ولكن وضع عليها قيودا تنحصر في الربط الكمي للمدارات وتفسير استقرار الذرة
ثانيا قام بوهر بحساب الطاقة الكلية للالكترون وايضا بايجاد أنصاف أقطار مدارات الالكترونات المسموح بها في ذرة الهيدروجين وحساب مستويات الطاقة المناظرة لها

نموذج دالتون:
تتألف المادة من دقائق صغيرة جدا لا تتجزأ تسمى الذرات
تتشابه ذرات العنصر الواحد وتتساوى في الكتلة بينما تختلف ذرات العناصر المختلفة
تتفاعل ذرات العناصر مع بعضها بنسب ثابتة لتشكيل المركبات

نموذج طومسون:
الذرة كرة مصمتة موجبة الشحنة
تتخلل الالكترونات السالبة الذرة ( كما تتخلل البذور ثمرة البرتقال )

الذرة متعادلة كهربيا:

نموذج راذرفورد:
الذرة تشبه المجموعة الشمسية ( نواة مركزية يدور حولها على مسافات شاسعة الالكترونات سالبة الشحنة )
الذرة معظمها فراغ ( لأن الذرة ليست مصمتة وحجم النواة صغير جدا بالنسبة لحجم الذرة )
تتركز كتلة الذرة في النواة ( لأن كتلة الالكترونات صغيرة جدا مقارنة بكتلة مكونات النواة من البروتونات والنيوترونات )
يوجد بالذرة نوعان من الشحنة ( شحنة موجبة بالنواة وشحنات سالبة على الالكترونات
الذرة متعادلة كهربيا لأن عدد الشحنات الموجبة ( البروتونات ) يساوي عدد الشحنات السالبة ( الالكترونات )
تدور الالكترونات حول النواة في مدارات خاصة
يرجع ثبات الذرة الى وقوع الالكترونات تحت تأثير قوتين متضادتين في الاتجاه متساويتين في المقدار هما قوة جذب النواة للالكترونات وقوة الطرد المركزي الناشئة عن دوران الالكترونات حول النواة

عيوب نموذج راذرفورد:
الذرة ليست متزنة ميكانيكيا ( بما الالكترون يدور حول النواة في مسار دائري فانه حسب نظرية ماكسويل يشع أمواجا كهرومغناطيسية ويفقد جزءا من طاقته وبالتالي يدور في مسار حلزوني حتى يلتصق بالنواة وهذا لايحدث
لم يستطع تفسير الطيف الخطي

معلومات أضافية:

عيوب نموذج رذرفورد:
اولا : الذرة ليست متزنة ميكانيكيا حيث أن النواة الموجبة تقوم بجذب الالكترونات السالبة وتلتحم وتتعادل بفرض أن الالكترونات سالبة
اذا كانت الالكترونات تدور حول النواة في مسار دائري تنشأ قوة مركزية تساوي ك ع2 / نق وبالتالي يتحرك الالكترون بتسارع مركزي ويكون مع النواة ثنائي متذبذب فيشع أمواجا كهرومغناطيسية ويدور في مسار حلزوني الى أن يسقط في النواة
ثانيا : بما أن الالكترون يدور حول النواة ويكون معها زوجا متذبذبا اذا الذرة تشع طيف مستمر متغير في التردد والطول الموجي وتتناقص طاقته تدريجيا وهذا يناقض مع التجارب العملية التي أثبتت أن الذرات تشع طيف خطي له طول موجي محدد بدقة

نموذج بور لتركيب الذرة:
الأسس التي بنى عليها بور نموذجه:
دراسة الطيف الخطي لذرة الهيدروجين ( سلسلة ليمان - سلسلة بالمر - سلسلة باشن ) ثم

نموذج رذرفورد لتركيب الذرة:
النظرية الكمية لبلانك
فروض بور لتركيب الذرة
استخدم بور بعض فروض رذرفورد عن تركيب الذرة وهي
الذرة فراغ هائل تتوسطه نواة مركزية تدور حولها وبعيدا عنها بمسافات كبيرة الكترونات سالبة الشحنة
تتركز كتلة الذرة في النواة التي تحتوي على الشحنات الموجبة
الذرة متعادلة كهربيا لأن عدد الشحنات الموجبة في النواة يساوي عدد الشحنات السالبة التي تدور حولها
أثناء دوران الالكترون حول النواة تنشأقوة طرد مركزية تعادل قوة جذب النواة للالكترون
أضاف بور الفروض التالية
يدور الالكترون حول النواة في عدد محدد من مستويات الطاقة الثابتة والمحددة دون أن يفقد أو يكتسب طاقة في الحالة العادية للذرة
لكل الكترون أثناء دورانه حول النواة طاقة معينة تتوقف على بعد مستوى الطاقة الذي يدور فيه عن النواة حيث تتزايد طاقة المستوى بزيادة نصف قطره
أكبر عدد لمستويات الطاقة في الحالة العادية للذرة سبعة مستويات يعبر عن طاقة كل مستوى بعدد صحيح يسمى عدد الكم الرئيسي
في الحالة المستقرة للذرة يدور الالكترون في مستوى الطاقة المناسب لطاقته وعند اثارة الذرة اكساب الذرة طاقة سواء بالتسخين أو بالتفريغ الكهربي يقفز الالكترون مؤقتا الى مستوى الطاقة الأعلى- يتوقف على مقدار الكم المكتسب من الطاقة
بعد وقت قصيرجدا حوالي 10-8 ثانية يفقد الالكترون نفس الكم الذي اكتسبه من الطاقة وتتحول الذرة تلقائيا من حالة الاثارة الى الحالة الارضية المستقرة
ينبعث هذا الكم من الطاقة في صورة اشعاع من الضوء بطول موجي وتردد محدد مما ينتج طيفا خطيا مميزا ( سلسلة ليمان وسلسلة بالمر وسلسلة باشن ) ــــــــ
كانت نتائج حساب الأطوال الموجية التي حسبها بور بناء على هذه لفروض في حالة ذرة الهيدروجين مطابقة تماما للأطوال الموجية المقاسة عمليا لطيف الهيدروجين

الكوانتم: كمية من الطاقة المكتسبة أو المنطلقة عندما ينتقل الالكترون من مستوى طاقة أقل الى مستوى طاقة أعلى أو العكس

هام جدا:
أولا : من حسابات بور لأنصاف أقطار مستويات الطاقة وطاقة كل مستوى اتضح أن فرق الطاقة بين المستويات في الذرة ليس متساويا حيث يقل كلما بعد المستوى عن النواة وبالتالي كم الطاقة الذي يلزم لنقل الكترون بين مستويات الطاقة المختلفة ليس متساويا
ثانيا : لا ينتقل الالكترون من مستوى الى اخر الا اذا كانت كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة مساوية لفرق الطاقة بين المستويين
لا ينتقل الالكترون من مستواه اذا كانت كمية الطاقة المكتسبة أقل من كم كامل من الطاقة بمعنى أن الكم لا يتجزأ وذلك بسبب أن الكم كمية محددة من الطاقة وللتوضيح يمكن تمثيل مستويات الطاقة بطوابق في عمارة وتشبيه الالكترون بالمصعد الذي لا يتوقف بين الطوابق ولكن فقط عند طابق معين
ولزيادة التوضيح يمكن تمثيل مستويات الطاقة بدرجات سلم وتشبيه الكترون بكرة حيث نلاحظ أن الكرة لا تستقر بين درجات السلم وكذلك الالكترون لا يستقر في أي مسافة بين مستويات الطاقة

عيوب نموذج رذرفورد:
اولا : الذرة ليست متزنة ميكانيكيا حيث أن النواة الموجبة تقوم بجذب الالكترونات السالبة وتلتحم وتتعادل بفرض أن الالكترونات سالبة
اذا كانت الالكترونات تدور حول النواة في مسار دائري تنشأ قوة مركزية تساوي ك ع2 / نق وبالتالي يتحرك الالكترون بتسارع مركزي ويكون مع النواة ثنائي متذبذب فيشع أمواجا كهرومغناطيسية ويدور في مسار حلزوني الى أن يسقط في النواة
ثانيا : بما أن الالكترون يدور حول النواة ويكون معها زوجا متذبذبا اذا الذرة تشع طيف مستمر متغير في التردد والطول الموجي وتتناقص طاقته تدريجيا وهذا يناقض مع التجارب العملية التي أثبتت أن الذرات تشع طيف خطي له طول موجي محدد بدقة

هام جدا:
أولا : من حسابات بور لأنصاف أقطار مستويات الطاقة وطاقة كل مستوى اتضح أن فرق الطاقة بين المستويات في الذرة ليس متساويا حيث يقل كلما بعد المستوى عن النواة وبالتالي كم الطاقة الذي يلزم لنقل الكترون بين مستويات الطاقة المختلفة ليس متساويا
ثانيا : لا ينتقل الالكترون من مستوى الى اخر الا اذا كانت كمية الطاقة المكتسبة أو المفقودة مساوية لفرق الطاقة بين المستويين
لا ينتقل الالكترون من مستواه اذا كانت كمية الطاقة المكتسبة أقل من كم كامل من الطاقة بمعنى أن الكم لا يتجزأ وذلك بسبب أن الكم كمية محددة من الطاقة وللتوضيح يمكن تمثيل مستويات الطاقة بطوابق في عمارة وتشبيه الالكترون بالمصعد الذي لا يتوقف بين الطوابق ولكن فقط عند طابق معين
ولزيادة التوضيح يمكن تمثيل مستويات الطاقة بدرجات سلم وتشبيه الكترون بكرة حيث نلاحظ أن الكرة لا تستقر بين درجات السلم وكذلك الالكترون لا يستقر في أي مسافة بين مستويات الطاقة
نقد نموذج بور
أوجه النجاح
أولا : تفسير الأطياف الذرية لذرة الهيدروجين والذرات والايونات المشابهة مثل طيف ذرة الديوتيريوم وأيون الهيليوم وحساب طاقة التأين لهذه الذرات
ثانيا : استخدم بور فكرة الكم في تحديد طاقة الالكترونات في مستويات الطاقة المختلفة
ثالثا : التوفيق بين نموذج راذرفورد ونظرية ماكسويل حيث أكد نموذج بور أن الالكترونات أثناء دورانها حول النواة في الحالة المستقرة لا تشع طاقة وبالتالي لا تسقط في النواة

أوجه القصور:
لم يستطع نموذج بور تفسير أطياف الذرات الاكثر تعقيدا من ذرة الهيدروجين التي تحتوي على الكترونات واحد
افترض أن الالكترون يدور في مدارات محددة وفي مستوى واحد حول النواة مما يعني أن ذرة الهيدروجين مسطحة مما ينافى مع ما ثبت بعد ذلك من أن الذرة مجسمة
افترض ان الالكترون جسيم مادي ولم يعتبر الطبيعة الموجية للالكترونات
افترض أنه يمكن تعيين كلا من مكان وسرعة الالكترون في نفس الوقت بدقة وهذا عمليا مستحيل لأن جهاز القياس المستخدم سوف يغير المكان او السرعة
لم يعتبر بور احتمال تجاوز الالكترون للمدارات الثابتة التي حددها واحتمال وجوده في منطقة حول هذا المدار الثابت

بحث علمي شامل عن الذرة:
النظرية الذرية تهتم بدراسة طبيعة المادة، وتنص على أن كل المواد تتكون من ذرات.
نظرية دالتون : تضمنت هذه النظرية عدة فرضيات أهمها أنّ المادة تتكون من دقائق صغيرة جداً غير قابلة للأنقسام تسمى ذرات.

تركيب الذرة:
أكثر النظريات التي لاقت قبولا لتفسير تركيب الذرة هي النظرية الموجية للإلكترون. وهذا التصور مبني على تصور بوهر مع الأخذ في الاعتبار الاكتشافات الحديثة والتطويرات في ميكانيكا الكم.

و التي تنص على :
تتكون الذرة من جسيمات تحت ذرية (البروتونات ،الإلكترونات) ،النيوترونات.
مع العلم بأن معظم حجم الذرة يحتوى على فراغ.
في مركز الذرة توجد نواة موجبة الشحنة تتكون من البروتونات ،النيوترونات (ويعرف البروتون والنيوترون بأنهم نوكليونات).
النواة أصغر 100,000 مرة من الذرة. فلو أننا تخيلنا أن الذرة بإتساع مطار هيثرو فإن النواة ستكون في حجم كرة الجولف.
دالة الطول الموجي للمدار الإلكترونى للهيدروجين. عدد الكم الرئيسي على اليمين من كل صف وعدد الكم المغزلي موضح موجود على هيئة حرف في أعلى كل عمود.]]
معظم الفراغ الذري تشغله مدارات تحتوى على الإلكترونات في توزيع إلكترونى محدد.
كل مدار من نوع s يمكن أن يتسع لعدد 2 إلكترون، محكومين بأربعة أرقام للكم، عدد الكم الرئيسي، عدد الكم الثانوي، عدد الكم المغناطيسي، وعدد الكم المغزلي.
كل إلكترون في أي من المدارات له قيمة واحدة لعدد الكم الرابع والذي يسمى عدد كم مغزلي وقيمته إما s=+1/2 (متجه إلى أعلى) أو s=-1/2 (متجه إلى أسفل) (يتأثر بمجال مغناطيسي خارجي ، انظر تأثير زيمان).
المدارات ليست ثابتة ومحددة في الاتجاه وإنما هي مناطق حول النواة تمثل
احتمال تواجد 2 إلكترون لهم نفس الثلاث أعداد الأولى للكم، وتكون آخر حدود
هذا المدار هي المناطق التي يقل تواجد الإلكترون فيها عن 90 %.
عند انضمام الإلكترون إلى الذرة فإنه يشغل أقل مستويات الطاقة، والذي تكون المدارات فيه قريبة للنواة (مستوى الطاقة الأول). وتكون الإلكترونات الموجودة في المدارات الخارجية (مدار التكافؤ) هي المسئولة عن الترابط بين الذرات. لمزيد من التفاصيل راجع "التكافؤ والترابط"

مراحل اكتشاف بناء الذرة:
حتي نهاية القرن التاسع عشر كان الاعتقاد سائدا بأن الذرة هي جسم صغير للعنصر لا ينقسم. وباكتشاف الإلكترون من العالم الإنجليزي تومسون
في عام 1897 عن طريق تجربته الشهيرة بتجربة نقطة الزيت، انفتح الطريق
لاكتشافات أكبر من ذلك استغرقت نحو 35 عام حتي استطاع العلماء فك آخر أسرار
الذرة حوالي عام 1930. وبعدها بدء العلماء تكريس اهتمامهم لدراسة وتفسير
بناء نواة الذرة نفسها.
بعد اكتشاف تومسون للإلكترون عرف أنه يحمل شحنة كهربية سالبة. ثم خلفه العالم الإيرلندي إرنست رذرفورد الذي صوب في عام 1911 وابل من أشعة ألفا
خلال شريحة رقيقة من الذهب، والمعروف أن أشعة ألفا تحمل شحنة كهربية
موجبة، فلاحظ رزرفورد انحراف بعض أشعة ألفا عند تخللها الشريحة انحرافا ً
شديدا ً. وفسر ذلك بحدوث اصتدامات بين أشعة ألفا بمركز ثقيل في ذرة الذهب.
وبما أن الإلكترونات التي في الذرة بوزنها الخفيف لا تستطيع التسبب في هذا
الانحراف الكبير، فلا بد وان تكون الشحنة الموجبة في الذرة متمركزة في
النواة، وأن الإلكترونات تدور حولها، مثلما يحدث بالنسبة لدوران الكواكب
حول الشمس. ولكن لم يستطع رزرفورد تفسير عدم انهيار الإلكترونات علي النواة
طبقا لقانون التجاذب الكهرومعناطيسي حيث أن الإلكترونات سالبة الشحنة
والنواة شحنتها موجبة.
وجاء العالم الدنمركي نيلز بوهر في عام 1913 وافترض أن الإلكترونات لا بد وأن تتخذ حالات معينة حول النواة لا تفقد فيها طاقتها، وسمى تلك الحالة بالحالة الأرضية
للإلكترون. وافترض انه عند إثارة الذرة بالحرارة العالية مثلا، فإن
الإلكترون ينتقل من الحالة الأرضية إلى حالة أعلى من الطاقة، وعند قفزته
وعودته إلى الحالة الأرضية فإنه يـُطلق فارق الطاقة التي يحملها على هيئة فوتون أي شعاع ضوئي ذو تردد محدد.
ولتفسير النظام المتتالي للعناصر طبقاً للجدول الدوري حيث يتزايد عدد الإلكترونات في الذرة بتزايد العدد الذري، إقترح العالم الكيميائي الأمريكي لانجموير
عام 1919 تواجد الإلكترونات في مجموعات حول النواة في أغلفة متطابقة فوق
بعضها حول النواة. وبملاحظة أن بعض العناصر لا يتفاعل كيميائيا ً، وجدأن
تلك العناصر الخاملة تتميز باحتوائها على أعداد مميزة من الإلكترونات، مثل
الهيليوم ويحتوي على 2 من الإلكترونات، والنيون ويحتوي على عدد 10
إلكترزنات، والأرجون يحتوي على عدد 18 من الإلكترونات، تم يتلوهم في الجدول
الدوري غاز الكريبتون وهو يحتوي على 32 من الإلكترونات. فأبدى برأيه بأنه
ليست جميع الإلكترونات الموجودة في الذرة تشترك في التفاعل الكيميائي ،وان
إلكترونات معينة تشترك في التفاعل الكيميائي وسمى هذه إلكترونات التكافؤ.
حوالي عام 1920 صنف العلماء الإلكترونات الموجودة في الذرة إلي مجموعات
تتناسب مع خطوط الطيف التي يحصلون عليها للعناصر المختلفة، والتي يميزون
خطوطها بالأصناف s, p, d, f. وتوصلوا إلي خصيصة أن الإلكترونات التي تشغل
أعلى مستوى للطاقة في الذرة تشكل مجموعة إلكترونات التكافؤ وأن تكون هذه
موجودة في الأغلفة الخارجية. وأن الإلكترونات التي تملأ الأغلفة الداخلية
في الذرة لها طاقة أقل من إلكترونات الموجودة في الغلاف الأعلي، مما يجعل
مثلاإلكترونات المدار 3d لها طاقة أعلى من طاقة المدار 4s، ولهذا فهي تشترك
في التفاعل الكيميائي، وأما إلكترونات المدار 4s فلا تشترك.
لم تستطع أي نظرية كلاسيكية تفسير توزيع خطوط الطيف للعناصر المختلفة، وأصبح واضحا ً للعلماء في أوائل العشرينيات أن
رياضة بحتة جديدة يجب ابتكارها، وان تأ خذ تلك الرياضة الجديدة خاصية مثنوية موجة-جسيم للإلكترون في الاعتبار. وخلال الأعوام 1923 - 1926 نجح العالم الألماني هيزنبرج والعالم النمساوي شرودنجر
كل على حدة، في ابتكار طريقتين رياضيتين جديدتين على أساس الطبيعة الموجية
للإلكترون. واعتمد هيزنبرج على حساب المصفوفات، وأما شرودنجر فاعتمدت
طريقته على الميكانيكا الموجية، وسميت هاتان الطريقتان ميكانيكا الكم.
من خلال أعمال هيزنبرج وشرودنجر وضح أهمية إدخال عدد كم ثانوي (أو السمتي)l إلى جانب عدد الكم الرئيسي n، كعددان يحددان الطاقة الكمومية لكل إلكترون في الذرة. فعدد الكم الرئيسي n يحدد عددالإلكترونات الكلي في الذرة بحسب العلاقة
2n2، أي أن الغلاف n=1 يحتوي على 2 إلكترون، والغلاف n=2 على
8 إلكترونات، والغلاف n=3 يحتوي على 18 إلكترون، وهكذا. ويرتبط عدد الكم
الثانوي l بعدد الكم الرئيسي n بالعلاقة l=0, 1, 2 ,.. ما يسمى تحت الأغلفة أو المدارات، ويحدد عدد الإلكترونات في كل مدار بالعلاقة 2(2l+1).
وتبلور خلال عام 1929 النموذج المداري للذرة كالآتي :
l=0 ويسمى مدار s ويمكن أن يحتوي على 2 إلكترون.
l=1 ويسمى مدار p ويمكن أن يحتوي على 6 إلكترونات (الغلاف الثاني وأعلاه)
l=2 ويسمى مدار d ويمكن أن يحتوي على 10 إلكترونات (الغلاف الثالث وأعلاه)
l=3 ويسمى مدار f ويمكن أن يحتوي على 14 إلكترون (الغلاف الرابع وأعلاه) وهكذا.
بذلك تمكن العلماء من تفسير البناء الذري للعناصر من الخفيف إلى الثقيل كالآتي:
الهيدروجين: عدد الإلكترونات 1 ويشغل المدار 1s1
الهيليوم : عدد الإلكترونات 2 ويشغلان المدار 1s2
الليثيوم : عدد الإلكترونات 3 ويشغلون المدارين 1s2 2s1
البريليوم : عدد الإلكترونات 4 ويشغلون المدارين 1s2 2s2
البورون : عدد الإلكترونات 5 ويشغلون المدارات 1s2 2s2 2p1، النيون : عدد الإلكترونات 10 ويشغلون المدارات 1s2 2s2 2p6 وهكذا.
ويلاحظ أن العناصر الخاملة مثل الهيليوم والنيون تتميز بأغلفة ممتلئة
تماما ً، الهيليوم وله الغلاف الأول ممتلئ ب 2 إلكترون والنيون له غلافين
،الأول ممتلئ ب 2 إلكترون والغلاف الثاني ممتلئ ب 2 + 6 إلكترونات، وهذا سر
خمولها.
العنصر التالي للنيون هو الصوديوم وله 11 إلكترون، تتوزع فيه
الإلكترونات العشرة الأولى بالضبط كما في النيون، أما الإلكترون رقم 11
فيشغل المدار 3s1 ولهذا نجد أن الصوديوم ذو نشاط كيميائي كبير، وإلكترونه رقم 11 هو إلكترون تكافؤ.
ومع كل هذا النجاح استلزم التحليل الدقيق لأطياف العناصر إدخال عددين
كموميين آخرين، لهما شأن أيضا ولو ضئيل في تحديد الطاقة الكمومية لكل
إلكترون في الذرة، وهما :
عدد الكم المغناطيسي ml وهو يأخذ القيم من l إلي l-، وعدد الكم المغزلي ms وهو يأخذ القيم 2/1 أو 2/1-.
وقد اضطر العلماء إدخال هذان العددين الكمومين لتفسير ظاهرة انقسام خطوط الطيف تحت تأثير مجال مغناطيسي خارجي وهذا التأثير يـُعرف بتأثير زيمان والذي اكتشفه العالم الهولندي زيمان، كما تنشق أيضا ً خطوط الطيف تحت تأثير مجال كهربائي خارجي، وهذا التأثير اكتشقه العالم الألماني شتارك ويسمى باسمه تأثير شتارك، وأمكن بذلك تحديد حالة وطاقة كل إلكترون في الذرة بأربعة أعداد كمومية هي : n, l, ml، ms
بدقة كاملة. وهذا مطابق تماماً مع مبدأ استبعاد باولي الذي صاغه العالم النمساوي ولفجانج باولي
عام 1925، ذلك المبدأ الذي ينص على أن جسمين كموميين مثل الإلكترون، لا
يصح لهما أن يحتلا نفس الحالة الكمومية في الذرة. ونجد أن الإكترونان في
ذرة الهيليوم مثلا يشغلان المدار 1s2 ولهما نفس الطاقة الكمومية ولكن يتخذ أحد الإلكترونين الحالة المغزلية 2/1 = ms، ويتخذ الإلكترون الثاني الحالة المغزلية 2/1- = ms.
ينطبق مبدأ باولي علي جميع الجسيمات الأساسية ذات العدد الكموي 2/1 = ms، مثل الإلكترون والبروتون والنيوترون، وغيرها.



هذه الصورة توضخ نموذج ذرة الهيدروجين الذي إقترحه بوهر. الإلكترون يدور في مدار حول النواة
و يمكن أن يغير مداره من الداخل إلى أعلى عندما يكتسب طاقة من الخارج.
ويطرد هذه الطاقة المكتسبة على هيئة فوتون ((كمومي))، أي على هيئة شعاع ذو
تردد محدد وبالتالى طاقة محددة، عندما يقفز الإلكترون من مستوى طاقة المدار
العلوي إلى مستوي طاقة مدار سفلى، كما في الشكل.


هذا هو طيف غاز الهيدروجين المثار عند درجة حرارة عالية كما حصل عليه العالم الدنمركي لايمن أواخر القرن التاسع عشر. ولاحظ أن خطوط الطيف منفصلة عن بعضها، وكل خط منها (أي شعاع ضوء فوتون) يتميز بطول موجة محددة.

طيف بالمر :
طيف الهيدروجين
المرئي من مجموعة خطوط بالمر. الخط H-ألفا هو الخط البرتقالي إلى اليمين
ويتبعه ثلاثة خطوط في نطاق الضوء المرئي. والخطوط إلى اليسار فهي من الأشعة
فوق البنفسجية حيث طول موجاتها أقصر من 400 نانومتر.



نموذج بور
المبسط لذرة الهيدروجين. وتنشأ خطوط بالمر عندما يقفز الإلكترون ال1من أحد
مستويات الطاقة العليا إلى مستوي الطاقة الثاني في الذرة. ويبين الشكل
قفزة الإلكترون من مستوي الطاقة 3 إلى مستوي الطاقة 2 ، وعندما يفعل ذلك
فإنه يصدر فوتونا يتبع الخط الطيفي H-ألفا ، وهو أول مجموعة خطوط بالمر. بالنسبة للهيدروجين يكون العدد الذري (Z = 1) ولهذا فينتج عن تلك الانتقال فوتونا له طول موجة 656 نانومتر ولونه أحمر.
يتكون الطيف المرئي للهيدروجين من أربعة أطوال للموجة تقاس بالنانومتر وهي : 410 نانومتر, 434 نانومتر ,و 486 نانومتر, و 656 نانومتر, وهي تعادل انبعاث فوتونات تصدرها الإلكترون عندما يهبط من مستوى طاقة عالية إلى مستوي طاقة أقل ، ويكون المستوى الأقل هو عدد كم رئيسي n = 2. [1] كما توجد لهذا الطيف عدد من الخطوط في نطاق الأشعة فوق البنفسجية ، تقل طول موجتها عن 400 نانومتر ولذلك فهي لا ترى بالعين ، وهي تنتمي أيضا لمجموعة بالمر.
[عدل] حجم الذرة:
لا يمكن تحديد حجم الذرة بسهولة حيث أن المدارات الإلكترونية ليست ثابتة
ويتغير حجمها بدوران الإلكترون فيها. ولكن بالنسبة للذرات التي تكون في
شكل بلـّورات صلبة، يمكن تحديد المسافة بين نواتين متجاورتين وبالتالى يمكن
عمل حساب تقديري لحجم الذرة. والذرات التي لا تشكل بلـّورات صلبة يتم
استخدام تقنيات أخرى تتضمن حسابات تقديرية. فمثلا حجم ذرة الهيدروجين تم حسابها تقريبيا على أنه 1.2× 10−10 م. بالمقارنة بحجم البروتون وهو الجسيم الوحيد في نواة ذرة الهيدروجين 0.87× 10−15 م. وعلى هذا فإن النسبة بين حجم ذرة الهيدروجين وحجم نواتها تقريبا 100,000.وتتغير أحجام ذرات العناصر المختلفة، ويرجع ذلك لأن العناصر التي لها شحنات موجبة أكبر في نواتها تقوم بجذب إلكترونات بقوة أكبر ناحية النواة.

العناصر والنظائر:
كل عنصر، بمعنى ذرة كل عنصر، يحمل عدداً خاصاً به من البروتونات (يعرف بالعدد الذري)، وهذا العدد من البروتونات لا يشاركه به غيره من العناصر؛ فعنصر الصوديوم
مثلاً يحمل أحد عشر بروتوناً، وفي حال قابلت عنصراً ما يحمل أحد عشر
بروتوناً فكن على ثقة أنك أمام عنصر الصوديوم أو على الأقل أمام إحدى
صوره.و تتشارك الذرات التي لها نفس العدد الذري في صفات فيزيائية كثيرة،
وتتبع نفس السلوك في التفاعلات الكيميائية. ويتم ترتيب الأنواع المختلفة من
العناصر في الجدول الدوري طبقا للزيادة في العدد الذري.
الكتلة الذرية بمفهومها البسيط هي مجموع كتل:
المكونات التي تحتويها الذرة؛ فهي تمثل مجموع كتل البروتونات والنيوترونات
وكذلك الإلكترونات، لكن لأن كتلة الإلكترونات ضئيلة جداً فإنها تهمل،
ويؤخذ بمجموع كتل البروتونات والنيوترونات.(من أجل تعريف الكتلة الذرية
للعنصر انظر أدناه). تقاس الكتلة الذرية بوحدة الكتل الذرية amu
(و.ك.ذ)، حيث تساوي كتلة البروتون 1 و.ك.ذ تقريباً، وكذا كتلة النيوترون.
وبهذا بإمكاننا أن نقدر الكتلة الذرية لعنصر ما من خلال معرفتنا بعدد
البروتونات (Z) وعدد النيوترونات (N) التي يتكون منها، وبمعرفة أن كتلة كل
واحد من هذه الجسيمات النووية (النيوكليونات) تساوي وحدة كتلية ذرية واحدة،
فإن كتلة الذرة تساوي مجموع أعداد البروتونات والنيوترونات مقدراً بوحدة
الكتل الذرية.
مجموع أعداد البروتونات والنيوترونات يساوي عدد الكتلة (A). وهنا يمكننا أن نكتب العلاقة التالية: A = Z + N، حيث Z تشير إلى العدد الذري و N إلى عدد النيوترونات. قد يتواجد عنصر ما بصور مختلفة تسمى بالنظائر،
إذ أنّ لكل نظير منها العدد الذري نفسه (أي أنها تمثل نفس العنصر)، لكنها
تتفاوت في كتلها الذرية انطلاقا من الاختلاف في عدد النيوترونات فيما
بينها. ولتمييز تلك النظائر فإنه يتم كتابة اسم العنصر متبوعامن 1 بروتون
أيضا. ويكون الديتيريوم هذا العنصر والموجودة في الطبيعة.

التكافؤ والترابط:
تكون الذرات متعادلة كهربائياً عندما يكون عدد ما تحمله من شحنات موجبة (بروتونات) يساوي تماماً عدد ما تحويه من شحنات سالبة (إلكترونات). عندما تفقد الذرة أو تكسب الإلكترونات، فإنها تتحول إلى أيونات.
عندما تكتسب الذرة الإلكترونات فإن شحنتها السالبة تفوق شحنتها الموجبة
وبذا تتحول إلى أيون سالب لأن عدد الإلكترونات فيها أصبح أكثر من عدد
البروتونات وعندما تفقد الذرة الإلكترونات، فإنها تتحول إلى أيون موجب لأن
عدد البروتونات فيها أصبح أكثر من عدد الإلكترونات.
لا توجد الذرات في الطبيعة عادة بصورة حرة (باستثناء ذرات العناصر الخاملة)،
وإنما توجد ضمن مركبات كيميائية متحدةً مع غيرها من الذرات سواء أكانت
ذرات العنصر نفسه أو ذرات عناصر أخرى. فذرة الأكسجين مثلاً لا تتواجد عادة
بصورة حرة، وإنما ترتبط أكسجين أخرى مكونة جزيء الأكسجين في الهواء الذي نستنشقه، وتتحد مع ذرتين من الهيدروجين مكونةً جزيء ماء، وهكذا.
سلوك الذرة الكيميائي يرجع في الأصل بصورة كبيرة للتفاعلات بين الإلكترونات. والإلكترونات الموجودة في الذرة تكون في شكل إلكترونى محدد ومتوقع. وتقع الإلكترونات في أغلفة طاقة معينة طبقا لبعد تلك الأغلفة عن النواة (راجع "التركيب الذري"). ويطلق على الإلكترونات الموجودة في الغلاف الخارجي إلكترونات التكافؤ،
والتي لها تأثير كبير على السلوك الكيميائي للذرة. والإلكترونات الداخلية
تلعب دور أبضا ولكنه ثانوى نظرا لتأثير الشحنة الموجبة الموجودة في نواة
الذرة.
كل غلاف من أغلفة الطاقة يتم ترتيبها تصاعديا بدأ من أقرب الاغلفة
للنواة والذي يرقم برقم 1 ويمكن لكل غلاف أن يمتلئ بعدد معين من
الإلكترونات طبقا لعدد المستويات الفرعية ونوع المدارات التي يحتويها هذا
الغلاف :
الغلاف الأول : من 1 : 2 إلكترون - مستوى فرعى s - عدد 1 مدار.
الغلاف الثاني : من 2 : 8 إلكترون - مستوى فرعى p, s - عدد 4 مدارات.
الغلاف الثالث : من 3 : 18 إلكترون - مستوى فرعى d, p, s - عدد 9 مدارات.
الغلاف الرابع : من 4 : 32 إلكترون - مستوى فرعى f d, p, s - عدد 16 مدار.
يمكن تحديد كثافة الإلكترونات لأى غلاف طبقاً للمعادلة : 2 n2
حيث " n " هي رقم الغلاف، (رقم الكم الرئيسي)وتقو الإلكترونات بملئ
مستويات الطاقة القريبة من النواة أولا. ويكون الغلاف الأخير الذي به
الإلكترونات هو غلاف التكافؤ حتى لو كان يحتوى على إلكترون واحد.
وتفسير شغل أغلفة الطاقة الداخلية أولا هو أن مستويات طاقة
الإلكترونات في الأغلفة القريبة من النواة تكون أقل بكثير من مستويات طاقة
الإلكترونات في الأغلفة الخارجية. وعلى هذا لإنه في حالة وجود غلاف طاقة
داخلى غير ممتلئ، يقوم الإلكترون الموجود في الغلاف الخارجى بالتنقل بسرعة
للغلاف الداخى (ويقوم بإخراج إشعاع مساوى لفرق الطاقة بين الغلافين).
تقوم الإلكترونات الموجودة في غلاف الطاقة الخارجى بالتحكم في سلوك
الذرة عند عمل الروابط الكيميائية. ولذا فإن الذرات التي لها نفس عدد
الإلكترونات في غلاف الطاقة الخارجي (إلكترونات التكافؤ) يتم وضعها في
مجموعة واحدة في الجدول الدوري.المجموعة
هي عبارة عن عامود في الجدول الدوري، وتكون المجموعة الأولي هي التي تحتوى
على إلكترون واحد في غلاف الطاقة الخارجي، المجموعة الثانية تحتوي على 2
إلكترون، المجموعة الثالثة تحتوي على 3 إلكترونات، وهكذا. وكقاعدة عامة،
كلما قلت عدد الإلكترونات في مستوى في غلاف تكافؤ الذرة كلما زاد نشاط الذرة وعلى هذا تكون فلزات المجموعة الأولى أكثر العناصر نشاطا وأكثرها سيزيوم، روبديوم، فرنسيوم.
وتكون الذرة أكثر استقرارا (أقل في الطاقة) عندما يكون غلاف التكافؤ
ممتلئ. ويمكن الوصول لهذا عن طريق الآتي: يمكن للذرة المساهمة بالإلكترونات
مع ذرات متجاورة (رابطة تساهمية). أو يمكن لها أن تزيل الإلكترونات من
الذرات الأخرى (رابطة أيونية). عملية تحريك الإلكترونات بين الذرات تجعل
الذرات مرتبطة معا، ويعرف هذا بالترابط الكيميائي وعن طريق هذا الترابط يتم بناء الجزيئات والمركبات الأيوينة. وتوجد خمس أنواع رئيسية للروابط :
الرابطة الأيونية
الرابطة التساهمية
الرابطة التناسقية
الرابطة الهيدروجينية
الرابطة الفلزية

الذرات في الكون والكرة الأرضية:
باستخدام نظرية التضخم الكوني، فإن عدد الذرات في الكون يتراوح من 4×1078 إلى 6×1079
تقريبا. وبصفة عامة نظرا لأن الكون لا نهائي فإن عدد الذرات أيضا يمكن أن
يكون لا نهائي. وهذا لا يتنافى مع العدد الذي تم حسابه نظرا لأن الكون
الخاضع للدراسة يقع ضمن 14 مليار سنة ضوئية.

الذرة في الصناعة:
تقوم الذرة بدور غاية في الأهمية في الصناعة، يتضمن ذلك الصناعات النووية، علم المواد الصناعية، وأيضا في الصناعات الكيميائية.

الذرة في العلم:
ظلت الذرة محل أنظار تركيز العلماء لعقود. وكان للنظرية الذرية تأثير كبير على كثير من فروع العلم، مثل الفيزياء النووية، الطيف وكل فروع الكيمياء تقريبا. ويتم دراسة الذرة هذه الأيام في مجال م