جدول المحتويات
كما نعلم أن الذّرة هي أصغر وحدة يمكن تقسيم الأشياء إليها دون انطلاق جزيئات مشحونة كهربائيًا، وتُعدُّ الذرّة أيضًا أصغر وحدة للمادة التي لها خصائص مميزة للعنصر الكيميائي، فهل يوجد لها أجزاء أصغر؟ وماذا عن خصائص البروتونات؟ و هل البروتونات تدور حول النواة ؟ الإجابة ضمن سطور هذا المقال
ما هي أجزاء الذّرة؟
تتكون الذّرات من ثلاثة أنواع أساسية من الجسيمات، البروتونات والنيوترونات والإلكترونات. وتُعرف هذه الجسيمات بالجسيمات دون الذّرية، ويكون اثنان من ثلاثة أنواع من هذه الجسيمات الأساسية في الذّرة مشحون كهربائيًا. وتتكون معظم الذّرة من مساحة فارغة، تتركز كتلتها في المركز الذي يدعى النواة، وتتكون النواة من البروتونات والنيوترونات. وكما تشير أسماؤها فإن البروتونات لها شحنة كهربائية موجبة، بينما النيوترونات متعادلة كهربائيًا، وبشكل عام فالنواة لها شحنة موجبة، ويمكن أن تحتوي النوى على ما يقرب من 1 إلى 300 بروتون ونيوترون
ما هو البروتون
البُرُوْتُون في فيزياء الجسيمات، وكان يظن في بادئ الأمر أن الذرة جسيم أولي (لا يتكون من جسيمات أصغر) ولكن تبين فيما بعد عدم صحة هذا الزعم، والبروتون من مكونات الذرة وله شحنة كهربية موجبة مقدارها 1.6 × 10−19 كولوم، تعادل تماما الشحنة التي يحملها الإلكترون إلا أن الإلكترون شحنته سالبة
وكتلة البروتون تقارب 1800 ضعف كتلة الإلكترون. ونظرا لصغر كتلة البروتون بالكيلوجرام ولأنه عدد صغير جدا لذا يصعب حفظه عن ظهر قلب فيستعمل الفيزيائيون وحدة الطاقة MeV للتعبير عن كتلة البروتون وهي تعادل 938 ميغا إلكترون فولت (طبقا لمعادلة أينشتاين الشهيرة عن تكافؤ الكتلة والطاقة (E = mc²)).
وتدل النتائج التجريبية أن البروتون جسيم مستقر، والحد الأدنى لفترة عمر النصف له 1035 سنة، بالرغم من أن بعض النظريات تنبأت بأن البروتون يمكن أن يتحلل.
تعتبر نواة النظير الأكثر شهرة لذرة الهيدروجين عبارة عن بروتون مفرد. ونويات العناصر الأخرى عبارة عن بروتونات ونيوترونات موجودة معاً عن طريق القوة النووية. ويكون عدد البروتونات الموجودة في النواة هي المسؤولة عن الخواص الكيميائية للذرة وتعريف هذا العنصر الكيميائي.
ويتم تصنيف البروتونات على أنها باريون وتتكون من 2 كوارك أعلى و 1 كوارك أسفل، متواجدان وكأنهما مترابطين معا عن طريق القوة النووية، بالتداخل مع جسيم “لاصق” يسمى غلوون يربطهم ببعض. كما توجد مضاد للبروتون هو نقيض البروتون والذي له نفس قدر شحنة البروتون ولكن بشحنة معاكسة.
ونظرا لأن القوة الكهرومغناطيسية أكبر من قوى الجذب فإن شحنة البروتون يجب أن تكون مساوية في المقدار ومعاكسة في الشحنة للإلكترون وإلا فإن الفرق بين الشحنتين سيؤدى إلى تغير جذري في تكوين المادة والكون. ومما يشير إلى الاهتمام، أن شحنة البروتون موجبة ومساوية تماما لشحنة الإلكترون ولكنها معكوسة، أي سالبة. بهذا تصبح ذرة الهيدروجين متعادلة كهربائيا؛ وينطبق ذلك على كل العناصر من حيث أن أي عنصر له في ذرته عدد من الإلكترونات (سالبة) مساوية لعدد البروتونات (موجبة) في نواته.
ويرجع مصطلح البروتون في الكيمياء والكيمياء الحيوية إلى أيون الهيدروجين H+. وفي هذا السياق تكون المادة المعطاة للبروتون حمضية والمادة المتقبلة للبروتون قلوية (راجع نظرية تفاعل الأحماض مع القلويات.)
هل البروتونات تدور حول النواة، وهل لها فائدة في التطبيقات التكنولوجية؟
البروتون يوجد دائما ً في حالة دوران (مغزلي)، وهذه الخاصية تم استغلالها في مطيافية الرنين النووي المغناطيسي (NMR). وفيه يتم استخدام مجال مغناطيسي للتحقق من وجود الغلاف الموجود حول البروتونات في النواة والذي يتم معرفته بسحابة الإلكترونات ذات الشحنة السالبة الموجودة حول النواة والتي تدور حولها. وعلى هذا يستطيع العلماء معرفة التركيب الجزيئي للجزيء الذي يتم دراسته.
ماذا عن اكتشاف البروتون تاريخياً؟
في عام 1919 أجرى أرنست رذرفورد تجربة قذف جسيمات ألفا خلال غاز النيتروجين، وقد أظهرت الومضات وجود نواة الهيدروجين، وقد حدد رذرفورد أن المصدر الوحيد الذي يمكن أن يأتي منه نواة الهيدروجين هو النيتروجين، وعلى هذا فإن النيتروجين لابد أنه يحتوي على نويات الهيدروجين. وقد اقترح أن نويات الهيدروجين والتي كان لها عدد ذرى يساوى 1، هي جسيم أساسي، وسماها بروتون، من الكلمة الإغريقية بروتوس والتي تعني الأول.
بماذا عرف البروتون في علم الكيمياء؟
في علم الكيمياء يعرف عدد البروتونات داخل نواة الذرّة على أنه العدد الذري، والذي يحدد العنصر الكيميائي الذي تنتمي إليه الذرة. على سبيل المثال فإن العدد الذري للكلور يكون 17، وهذا يعني أن كل ذرة كلور تحوي 17 بروتون وأن جميع الذرات المتألفة من 17 بروتون هي ذرات كلور. يتم تعيين الخواص الكيميائية للذرة من جهة أخرى بعدد الكتروناتها (لها شحنة سالبة) والتي يفترض أنها مكافئة لعدد البروتونات (ذات الشحنة الموجبة) في الذرات المتعادلة.
تابع القراءة: الكشف عن رقصة الاضمحلال النووي