أنواع الجسيمات التي تحتوي على بروتين ونيوترونات، يقدم موقع مقال maqall.net لمحة عن هذه الأنواع. الجسيم هو الوحدة الأساسية التي تشكل المادة، ويطلق عليه باللغة الإنجليزية “ذرة”، وهي الكلمة التي تعني غير القابلة للتجزئة في اللغة اليونانية. وقد اقترح العلماء العديد من الفرضيات والنماذج حول بنية الذرة منذ العصور القديمة، مثل نموذج دالتون ونموذج فاراداي ونموذج رذرفورد.

أجزاء الجزيء أو الذرة

تتكون الذرة في الواقع من مكونات أصغر مما كان يُعتقد سابقًا، والتي تشمل:

1- اللب (بالإنجليزية: Nucleus)

يعتبر اللب الجزء المركزي للجسيم، ويمثل الغالبية العظمى من كتلته.

• تم اكتشاف اللب بواسطة الفيزيائي إرنست رذرفورد في عام 1911م.
• يتكون اللب من البروتونات والنيوترونات، حيث ترتبط أجزاء اللب مع بعضها البعض بقوى الترابط النووي.

2- البروتونات

• اكتشف رذرفورد الجسيمات ذات الشحنة الموجبة داخل اللب، وأطلق عليها اسم البروتونات.
• تتكون البروتونات من ثلاثة جسيمات بدائية تُعرف بالكواركات، حيث يحمل كل بروتون كواركين علويين وكواركًا سفليًا واحدًا.

3- النيترونات (بالإنجليزية: Neutrons)

• نيوترونات هي جسيمات غير مشحونة تتواجد داخل النواة، حيث توقع رذرفورد بوجودها في عام 1920م.
• اكتشف الباحث تشادويك وجودها الفعلي في عام 1932م، وكتلة النيترونات أكبر بقليل من كتلة البروتونات، حيث تعادل 1.6749×10-27 كجم.
• تتكون النيترونات أيضًا من ثلاثة كواركات، بترتيب مختلف عن تلك التي تشكل البروتونات.

4- الإلكترونات

• الإلكترونات هي جسيمات مشحونة سالبًا، وسُحبت كهربائيًا نحو البروتونات المشحونة إيجابيًا، وقد اكتشفها الباحث البريطاني جوزيف جون طومسون عام 1897م.
• تتواجد الإلكترونات في مناطق محددة حول اللب وفقًا لنموذج أعدّه إروين شرودينجر.
• كتلة الإلكترون صغيرة للغاية، حيث تعادل 9.109×10-31 كجم.
• يمكن من خلال دراسة حركة الإلكترونات حول النواة توقع العديد من خصائص الجسيمات، مثل القوة، ونقطة الغليان، والتوصيل.

الجزيئات التي تحتوي على بروتين ونيوتونين

• عمومًا، تعتبر الجزيئات هي تلك التي تحتوي على بروتين ونيوترونين، إضافةً إلى الجزيئات ألفا التي تتكون من بروتونين ونيوترونين.
• تعتبر هذه الجزيئات جزءًا من الإشعاع الأيوني، وهي أيضًا مصدر لجسيمات بيتا، التي تتكون من الإلكترونات.
• تُعد جسيمات البوزيترون و”غاما” والجزيئات ألفا أكثر أنواع الجسيمات خطورة فيما يخص التعرض للإشعاع.
• تسرب هذه الجسيمات عبر الجلد أو الملابس يعد أمرًا مستحيلًا، لكن يمكن أن تُبتلع أو تُستنشَق.
• غالبًا ما يتم اعتبار غاز الرادون بأنه غير آمن ويشكل تهديدًا كبيرًا لصحة الإنسان.

مفهوم الطاقة الحرارية

• تعتبر الطاقة الناتجة عن التفاعلات النووية نوعًا من الطاقة الحرارية، حيث تتأثر هذه التفاعلات باللب للجسيمات.
• تشمل هذه التفاعلات التحلل النووي والانشطار الذري.
• تُستخدم الطاقة النووية بشكل مكثف لتوليد الطاقة، حيث يتم تسخين المياه لإنتاج البخار المستخدم في توليد الكهرباء.
• هذا النوع من الطاقة يتمتع بتكاليف عالية ويناقش موضوع تأثير الإشعاع الناتج عن المفاعلات النووية على الحياة.

علم الفيزياء الذرية أو الجزيئية

• يتناول هذا العلم دراسة كافة مكونات المواد، بما في ذلك الجسيمات التي تحتوي على بروتين ونيوترونات.
• تظل العديد من مجالات هذا التخصص غامضة وتتطلب المزيد من الأبحاث والاختبارات.

الخلفية التاريخية للجزيء

• في عام 440 قبل الميلاد، طرح الفيلسوف ديموقريطوس نظريته بأن المادة تتكون من جسيمات صغيرة تُسمى “أيوتا”.
• أقر بأن الكون مليء بعدد لا نهائي من الجزيئات التي تتحرك باستمرار، وتتشكل من اتحادها.
• على الرغم من أن نظريته كانت جديدة في زمنه، إلا أنها قوبلت بالرفض من قبل بعض العلماء، بمن فيهم أرسطو.
• في عام 1803، طرح الفيزيائي البريطاني جون دالتون نظرية جديدة عن الذرة، مستندًا إلى أفكار ديموقريطوس.
• وذكر أن ذرات العناصر هي متشابهة، وأن الجزيئات تختلف في الوزن والخصائص، وأن الجزيئات لا يمكن خلقها أو تدميرها، بل تتشكل من ارتباط الجسيمات.
• في عام 1897، قام طومسون بفصل الجزيء، وقدّم نموذج «فطيرة الزبيب» الذي يوضح أن الإلكترونات تتواجد داخل كُرة مشحونة.
• في عام 1911، أطلق رذرفورد فرضيته التي تدعو إلى أن الذرة تحتوي على قلب مشحون يدور حوله الإلكترونات.
• حيث وضح بعد ذلك نيلز بور خصائص الإلكترونات، وجاء إروين شرودينجر ليقدم النموذج الكمي للذرة.
• ثم جاء ورنر هايزنبرغ ليشير إلى صعوبة تحديد سرعة وحجم الإلكترونات في نفس الوقت.
• أخيرًا، اكتشف موراي جيلمان وجورج زويج أن البروتونات والنيوترونات تتكون من الكواركات.

صفات الجزيء

• تمتاز الذرات بعدد من الخصائص، من بينها العدد الذري الذي يعبّر عن عدد البروتونات في لب الجسيم، والذي يحدد الصفات التركيبية له.

1- الجسيم المحايد

• هو الجزيء الذي يتساوى فيه عدد البروتونات مع عدد الإلكترونات.

2- الكتلة النووية

• تعبر كمية البروتونات والنيوترونات في اللب عن الكتلة النووية للجزيء، وتُقاس بوحدات الكتلة النووية.
• تُعادل وحدة الكتلة النووية نصف كتلة جزيء الكربون.
• تختلف الكتلة النووية عن كتلة الجزيء، حيث تعتمد كتلة الجزيء على كتلة اللب دون احتساب كتلة الإلكترونات.
• تُظهر الكتلة النووية ميزاتها من خلال استخدام النظائر التي تمتلك عددًا ذريًا متماثلًا.
• ومع ذلك، قد تختلف في الكتلة النووية نتيجة عدم التساوي في عدد النيوترونات.
• تدور الإلكترونات حول اللب بفضل القوى الجاذبة بين البروتونات والإلكترونات المشحونة بشكل معاكس.

3- دوائر الإلكترون حول اللب

• تدور الإلكترونات حول اللب، ويوجد ما يُعرف بطبيعة الالتواء التي تمتاز بها هذه الحركة.
• تتواجد الإلكترونات في مستويات طاقة محددة، ويتحدد لكل مستوى حد معين من الإلكترونات.
• المستوى الأول يمكنه احتواء إلكترونين، بينما يمكن أن يحتفظ المستوى الثاني حتى ثمانية إلكترونات.
• تؤدي الذرات دورها الثابت عن طريق فقدان أو اكتساب أو مشاركة الإلكترونات.
• بناءً على ذلك، تميل الذرات إلى فقدان أو اكتساب الإلكترونات أثناء تفاعلها مع الجزيئات الأخرى.
• عادةً، تكتسب الذرات التي تحتوي على خمسة أو ستة أو سبعة إلكترونات في قواها الأخيرة إلكترونات.
• بينما تميل الذرات التي تحتوي على أربعة إلكترونات في قواها الأخيرة لتبقى مستقرة.

قوى الاتصال

• تتكون القوى القابضة بين أجزاء اللب من مكونات التعاون القوي، الذي يربط الكواركات في البروتونات والنيوترونات.
• تُعتبر القوى الذرية أضعف من التعاون القوي، لكنها تلعب دورًا رئيسيًا في أنظمة التفاعل بين البروتونات والنيوترونات.
• تعمل القوة النووية لربط الجسيمات داخل اللب، مما يحفظ استقرار هذا الأخير.
• تتغلب القوى الذرية على النفور الحاصل بين البروتونات، ويتم هذا التحكم من خلال القوة الكهرومغناطيسية.
• تقل هذه القوى بسرعة مع زيادة المسافة (انظر جهد يوكاوا).
• لذا تبقى النواة مستقرة ما لم تتجاوز حجمًا معينًا.

نواة الرصاص 208

• تعتبر نواة الرصاص 208 الأثقل من بين النوى المستقرة المعروفة، إذ لا تُظهر أي نوع من التحلل ألفا أو بيتا.
• يبلغ عدد النوكليونات في نواة الرصاص 208 حوالي 82 بروتونًا و126 نيوترونًا.
• تتعرض الأنوية الأكبر من الرصاص 208 لمخاطر أعلى، مُشار إليها بتحلل ألفا أو بيتا.
• كلما زادت الكتلة، كلما كان عمر النصف أقل، مما يجعلها تفقد استقرارها.
• البزموت-209 يعتبر مستقرًا مقابل التحلل بيتا، بينما تعاني جزيئات ألفا من أعمار نصف طويلة جدًا، تقاس بعمر الكون.
• بدأ الباحثون في دراسة القوى النووية القابضة منذ عام 1934 بعد اكتشاف النيترونات، وقد كان في تلك الحقبة يعتقد أن القوة الناجمة تأتي من الجزيئات الأولية التي تُدعى الميزونات.
• لقد أدت الدراسات إلى الاكتشافات الحديثة في السبعينيات التي توصلت إلى أن الميزونات تتكون من الكواركات والغلوونات التي تتفاعل داخل البروتونات والنيوترونات.
• مجمل هذه النظريات ساهمت في فهم القوة النووية وكيف تربط النوكليونات داخل النواة.
• يُعتبر هذا التعاون القوي أحد أقوى القوى التي نعرفها، وهو المسؤول عن تماسك الكواركات معًا.

ولا يفوتك التعرف على: