تتألف أبسط صورة للذرّة من نواة كثيفة ثقيلة ذات شحنة موجبة، تحيط بها وتدور حولها مجموعة من الإلكترونات ذات الشحنة السالبة (كجميع الإلكترونات). ونظراً إلى امتلاك النواة والإلكترونات شحنات مختلفة، فإن القوى الكهربائية تُبقيها معاً كما تُبقي قوة الثقالة الكواكب حول الشمس. وتمثل النواة معظم كتلة الذرّة أي نحو 2000/1999 من كتلة الذرة في حالة الهدروجين، وتصبح هذه النسبة أكبر في ذرّات أخرى.

ثمة 91 نوعاً من الذرّات في الطبيعة ويحتوي كل نوع من هذه الذرّات في نواته على مقدار من الشحنة يختلف من عنصر إلى آخر. وتساوي شحنة النواة الموجبة عدد البروتونات الموجودة فيها، لذا فإن شحنة نواة أخف ذرّة (وهي ذرّة الهدروجين تساوي 1+، تليها ثاني أخف ذرّة (الهليوم) بشحنة تساوي 2+، ثم تأتي ثالث أخف ذرّة (الليثيوم) بشحنة تساوي 3+.. إلخ. وأثقل ذرّة موجودة في الطبيعة هي ذرّة اليورانيوم التي تمتلك شحنة نووية تساوي 92+ (لعلك ظننت أنها يجب أن تساوي 91+، إلا أن العنصر رقم 43، أي التغنيسيوم ليس طبيعياً، ولذا جرى حذفه من العدد الكلي). وبإمكانك رؤية كل ذلك في الجدول الدوري للعناصر.

وفي الذرات غير المشحونة يساوي عدد الإلكترونات شحنة النواة تماماً، أي ثمة إلكترون مقابل كل بروتون يوجد في ذرّة الهدروجين إلكترون واحد، وفي ذرّة الهليوم إلكترونان، وفي الليثيوم ثلاث إلكترونات، وفي اليورانيوم 92 إلكتروناً. ولما كانت الإلكترونات كلّها محيطة بالنواة فإن الذرّات ذات العدد الكبير من الإلكترونات سوف تكون عموماً أكبر قليلاً من ذات العدد الصغير من الإلكترونات.

وإذا كان عدد الإلكترونات غير مساو لشحنة النواة (لعدد البروتونات) كانت للذرّة شحنة صافية، ودُعيت الذرّة شاردة ion. وإذا كان عدد الإلكترونات أكبر من عدد البروتونات كانت شحنة الذرّة الصافية سالبة، ووُصفت الشاردة بأنها سالبة. وإذا كان عدد البروتونات أكبر من عدد الإلكترونات انعكست الحالة، وكانت الشاردة موجبة. وتنزع الشوارد الموجبة إلى أن تكون أصغر قليلاً من الذرّات المحايدة ذات النواة نفسها، لأن عدد الإلكترونات فيها أقل، ولأن تلك الإلكترونات تكون أكثر تقارباً بسبب الشحنة الصافية الموجبة. وتنزع الشوارد السالبة إلى أن تكون أكبر قليلاً من نظيراتها المحايدة بسبب إلكتروناتها الزائدة. وتساوي أقطار جميع الذرّات نحو 0.1 نانومتر تقريباً. وذرة الهليوم هي أصغر ذرّة طبيعية، ويقارب قُطرها 0.1 نانومتر وذرّة اليورانيوم هي أكبر الذرّات، ويقارب قطرها 0.22 نانومتر. أي إن مقاسات جميع الذرات هي من نفس المرتبة تقريباً (ضمن عامل يساوي ثلاثة أضعاف)، وهي أصغر من مقاسات السلم النانوي وتقع على حافته تقريباً.

تمثل الإحدى وتسعون ذرّة لبنات البناء الأساسية لجميع معالم الطبيعة التي نراها. وما عليك إلا أن تتخيَّل أن ثمة 91 نوعاً من اللبنات ذات الألوان والأحجام المختلفة التي يمكن استعمالها في بناء جدران وأبراج ومبان وملاعب مزينة. وهذا يشابه تجميع الذرّات معاً لتكوين الجزيئات.

مواضيع ذات صلة

Linear systems

Confined waves, with natural frequencies

The reflection of waves

Einstein’s laws of radiation

The Boltzmann law

Energy levels

The size of an atom

Bremsstrahlung

Synchrotron radiation

Radiation damping

The rate of radiation of energy

Radiation resistance