تعريف الإلكترون

بواسطة: - آخر تحديث: ١١:١٧ ، ١١ سبتمبر ٢٠١٩
تعريف الإلكترون

الذرّة

تعتبر الذرّات الوحدات الأساسية المكوّنة للمادة والمحدّدة لبنية العناصر، ومصطلح الذرّة مشتق من الكلمة اليونانية التي تعني غير قابل للتجزئة حيث كان الاعتقاد السائد بأن الذرات هي أصغر الأشياء في الكون حيث لا يمكن تقسيمها أو تجزئتها، ولقد تمّ إثبات عكس هذا الاعتقاد فيما بعد حيث تبيّن أنّ الذرّات مكوّنة من ثلاثة جسيمات رئيسة وهي البروتونات والنيوترونات والإلكترونات وهذه الجسيمات بدورها مكوّنة من جزيئات أصغر تسمّى بالكواركات، ويرجع تكوين الذرّات إلى ١٣،٧ بليون عام بعد الانفجار العظيم، حيث كانت الظروف ملائمة لتكوين الكواركات والإلكترونات فتجمّعت الكواركات معًا لتشكّل البروتونات والنيوترونات وتجمّعت هذه الجسيمات جميعها لتشكّل نوى الذرّات،[١] وهذا المقال سيتحدّث بشكل مفصّل عن تعريف الإلكترون.

مكونات الذرّة

تتكون الذرّات من جسيمات ذريّة تسمى بالبروتونات والنيوترونات والإلكترونات حيث تستقر البروتونات والنيوترونات الأثقل وزنًا من الإلكترونات داخل النوّاة في حين تتواجد الإلكترونات الأخف وزنًا بكثير في سحابة مداريّة حولها ويكبر نصف قطر هذه السحابة ذلك الخاص بالنوّاة بعشرة آلاف مرة، ويعود اكتشاف النوّاة للفيزيائي النيوزلندي إيرنست راذرفورد في عام ١٩١١، وهو الذي أطلق اسم البروتون على الجسيمات الذريّة موجبة الشحنة في عام ١٩٢٠ بالإضافة إلى إصداره أحكامًا نظرية حول وجود جسيمات متعادلة الشحنة داخل النواة الأمر الذي أثبته الفيزيائي البريطاني جيمس كادويك -وهو أحد طلاب راذرفورد- في عام ١٩٣٢، والنقاط الآتية تعرض بعض الحقائق المتعلّقة بنوى الذرّات:[١]

  • تتركّز كل كتلة الذرّة تقريبًا في النواة، حيث تتساوى إلى حد ما كتلة كل من البروتونات والنيوترونات وتمتلكان قيم متساوية من الزخم الزاوي بحسب مختبر لورنس بيركلي الوطني.
  • تعد القوة التي تربط النواة ببعضها البعض أحد القوى الأربعة الرئيسة في الطبيعة، حيث تتغلب هذه القوة الموجودة ما بين البروتونات والنيوترونات على القوة الكهربائية البغيضة التي من شأنها وبحسب قوانين الكهرباء أن تقذف البروتونات بعيدًا.
  • تفتقر بعض نوى الذرّات إلى وجود الاستقرار لاختلاف قوى الربط باختلاف الذرات وهذا يعتمد على حجم النواة.

تعريف الإلكترون

يمكن تعريف الإلكترون على أنه أحد مكونات الذرّة المستقرة حيث يحمل شحنةً سالبة ويتواجد خارج نوى الذرّات في المنطقة المحيطة بها، وتُقدّر الشحنة السالبة التي يحملها الإلكترون ب ١،٦٠٢×١٠-١٩ كولوم وله كتلة صغيرة جدًا مقارنة مع كتلة كل من البروتونات والنيوترونات، حيث تعتبر الإلكترونات أصغر حجمًا منها بكثير وتبلغ كتلة الإلكترون الواحد ٩،١٠٩٣٨×١٠-٣١ كجم والتي تساوي ١/١٨٣٦ من كتلة البروتون، وتعد الإلكترونات الوسيلة الأساسية لتوصيل التيار الكهربائي في المواد الصلبة وذلك يعود إلى كون البروتونات أكبر حجمًا وأكثر ترابطًا مع النواة الأمر الذي يزيد من صعوبة حركتها وانتقالها، هذا وقد تنبأ بعض العلماء كأمثال ريتشارد لافينج في الفترة ما بين ١٨٣٨ و ١٨٥١ والفيزيائي الإيرلندي جونستون ستوني عام ١٨٧٤ وغيرهم بإمكانية تواجد الإلكترونات، حيث اقترح ستوني مصطلح الإلكترون لأول مره عام ١٨٩١ على الرغم من أن الإلكترون لم يُكتشف حتى عام ١٨٩٧ من قبل الفيزيائي البريطاني ثومبسون، وبعد أن تم تعريف الإلكترون، سيتم ذكر بعض الحقائق المتعلّقة بالإلكترونات وهي كالآتي: [٢]

  • تعد الإلكترونات نوعًا من الجزيئات الأوليّة نظرًا لكونها لا تتكون من مكوّنات أصغر، وتنتمي الإلكترونات إلى عائلة لبتون حيث تمتلك كتلةً أصغر من أي جسيم آخر مشحون ضمن هذه العائلة أو خارجها.
  • تتطابق الإلكترونات مع بعضها البعض في ميكانيكا الكم فلا يوجد خاصية فيزيائية معينّة للتمييز فيما بينها، حيث إنه من الممكن أن تتبادل الإلكترونات مواقعها دون إحداث أية تغييرات ملحوظة في النظام.
  • تعد الشحنة الكهربائية الصافية للمادة سالبة في حال احتوائها على عدد من الإلكترونات السالبة أكبر من تلك موجبة الشحنة، وموجبة الشحنة في حال احتوائها على عدد أكبر من البروتونات الموجبة، ومتعادلة في حال تساوي عدد الإلكترونات والبروتونات.
  • يمكن أن تتواجد الإلكترونات حرّةً في الفراغ وتسمى بالإلكترونات الحرّة حيث تتصرّف الإلكترونات الموجودة في المعادن وكأنها حرّة فتتحرك لينشئ تبعًا لحركتها التيّار الكهربائي.
  • تنشئ الروابط الكيميائية عن طريق نقل أو مشاركة الإلكترونات بين الذرّات حيث تستخدم الإلكترونات في العديد من التطبيقات كالأنابيب المفرغة وأنابيب المضاعف الضوئي وأنابيب أشعة الكاثود وحزم الجسيمات المستخدمة في البحث واللحام وليزر الإلكترون الحر.

حركة الإلكترونات حول النواة

يتوضح من تعريف الإلكترون بأنه جسيم سالب الشحنة؛ الأمر الذي يساهم في تقييده حول النواة بسبب قوة جذبه من قبل الجسيمات الموجودة داخل النواة والمخالفة له في الشحنة، وتتحرك الإلكترونات حول النواة في مدارات منظمّة نظرًا لتغلّب قوة الجذب بينها وبين والنواة على قوة التنافر فيما بينها الأمر الذي يؤدي إلى تثبيتها في مداراتها حول النواة ومنعها من الطيران بعيدًا، وترتبط الإلكترونات الموجودة في المدارات القريبة من النواة معها بإحكام أكثر من تلك التي تقع في المدارات البعيدة، حيث تتسبب حركة الإلكترونات على هذا النحو بتشكّل سحابة سالبة الشحنة تحتل تقريبًا كامل حجم الذرّة، ويسمّى الهيكل التفصيلي لترتيب الإلكترونات في الذرّة بالتوزيع الإلكتروني للذرّة، ويحدد هذا التوزيع حجم الذرّة وطبيعتها وخصائصها الكيميائية بالإضافة إلى تصنيفها في مجموعات متشابهه في الجدول الدوري.[٣]

إلكترونات التكافؤ

تسمّى الإلكترونات التي يكون لديها احتمالية أكبر للمشاركة في التفاعلات الكيميائية بإلكترونات التكافؤ، وتقع هذه الإلكترونات في المدار الأبعد عن نواة الذرّة حيث تكون قوة ارتباطها بالنواة ضعيفة ولذلك تصبح الأكثر عرضةً للمشاركة في تشكيل الروابط الكيميائية أو التأين، والطريقة الأسهل لتمييز هذه الإلكترونات هي بالنظر إلى أعلى رقم في التوزيع الإلكتروني للذرّة، فمجموعة العناصر الرئيسية في الجدول الدوري لها أرقام تكافؤ تتراوح ما بين ١ إلى ٧، حيث تميل معظم العناصر إلى امتلاك قيم تفضيلية من إلكترونات التكافؤ فالفلزّات القلويّة على سبيل المثال غالبًا ما تكون قيم التكافؤ لها ١، والعناصر الأرضية القلويّة لها قيم تكافؤ مساوية لـ ٢، أمّا الهالوجينات فعادةً ما تمتلك قيم تكافؤ مساوية لـ ١ وفي بعض الأحيان تكون ٧، وتصل الذرّات إلى حالة الاستقرار إمّا عن طريق تفريغ المدار الأخير أو ملئه نصفيًا أو كليًا بالإلكترونات.[٤]

المراجع[+]

  1. ^ أ ب "What is an Atom?", www.livescience.com, Retrieved 31-8-2019. Edited.
  2. "Electron Definition: Chemistry Glossary", www.thoughtco.com, Retrieved 31-8-2019. Edited.
  3. "Electron", www.britannica.com, Retrieved 31-8-2019. Edited.
  4. "Valence Electron Definition in Chemistry", www.thoughtco.com, Retrieved 31-8-2019. Edited.