هل تبحث عن حل ما الذي يدفع الجسيمات التي تكون النواة ؟ نقدم لكم في مقالنا هذا معلومات مهمة وثمينة عن النواة وهي الجزء المركزي للذرة ، وضمن سطورنا سوف نوافيكم بحل سؤال ما الذي يدفع الجسيمات التي تكون النواة ؟ اضافة الى العديد من الاسئلة ، حيث نقدم لكم محتوى هادف ومفيد عن النواة من والتعرف على مكوناتها والعديد من المعلومات التي قد لا تعرفها من قبل ، وذلك من خلال اسئلة بحثية يقوم الطلبة بالبحث من خلالها عبر محرك جوجل ، ونبدأ بتعريف النواة ما هو تعريف النواة ؟
النواة هي الجزء المركزي من الذرة الذي تتكثف فيه كتلة الذرة وتتكون معظم كتلتها من البروتونات موجبة الشحنة والنيوترونات المتعادلة الشحنة لتكون النواة بالمحصلة موجبة الشحنة، وشحنة البروتونات الموجبة عددياً تساوي شحنة الألكترونات السالبة لذلك تكون الذرة متعادلة كهربياً .
ما الجسيمات الموجودة في نواة الذرة
وكانت أطروحة تفسير بنية الذرة على شكل نواة موجبة الشحنة تدور حولها إلكترونات سالبة الشحنة تعود لنتائج تجربة رذرفورد في عام 1911، وهو التفسير الذي هدم التصور السابق لبنية الذرة على أنها توزيع متوازن نسبيا للكلتة. تجمع مكونات النواة طاقة كبيرة جدا وهي قوى الترابط النووى وهي أكبر قوى نعرفها بين الجسيمات الأولية ولكن تأثيرها يكون على مسافة صغيرة جدا في حدود قطر النواة.
كم يتراوح قطر النواة ؟
يتراوح قطر النواة بين 1.75 fm (فيمتومتر) (1.75×10−15 م) للهيدروجين (أي نصف قطر بروتون وحيد) إلى حوالي 15 فيمتومتر للذرات الأكبر كتلة كاليورانيوم. هذه الأبعاد أصغر بكثير جدا من قطر الذرة نفسها (النواة والإلكترونات) فهي أصغر بحوالي 23 ألف مرة لليورانيوم و145 ألف مرة للهيدروجين ، ويسمى الفرع من الفيزياء المهتم بدراسة وفهم نواة الذرة بما فيه تركيبها والقوى العاملة فيها بالفيزياء الذرية.
حساب شحنة النواة
عند حساب مجموع كتل البروتونات وكتل النيوترونات المنفردة الحرة، ومجموع كتلتها مترابطة داخل النواة نجد أنها تكون أكبر من كتلة النواة ذاتها ؛وهذا يعزى إلى أن جزء من الكتلة تحول إلى طاقة تساعد في ربط مكونات النواة وهي طاقة الترابط النووى. ويسمى الفرق بين مجموع كتل البروتونات والنيوترونات منفردة وكتلتها في النواة ب نقص الكتلة. ونقص الكتلة هذا يعادل طاقة الارتباط طبقا لمعادلة أينشتاين لتكافؤ الكتلة والطاقة.
بحث عن النواة doc :
النواة هي مركز الذرة. تتكون النويات من بروتونات، ونيوترونات. عدد البورتونات في نواة الذرة يطلق عليه العدد الذري، ويحدد أي عنصر له هذه الذرة. فمثلاً النواة التي بها بروتون واحد (أي النواة الوحيدة التي يمكن أن لا يكون بها نيوترونات) من مكونات ذرة الهيدروجين، والتي بها 6 بروتونات، ترجع للعنصر كربون، أو التي بها 8 بروتونات أكسجين. يحدد عدد النيورتونات نظائر العنصر. عدد النيوترونات والبروتونات متناسب، وفي النويات الصغيرة يكونا تقريبا متساويين، بينما يكون في النويات الثقيلة عدد كبير من النيوترونات. والرقمان معا يحددا النيوكليد (أحد أنواع النويات). البروتونات والنيوترونات لهما تقريبا نفس الكتلة، ويكون عدد الكتلة مساويا لمجموعهما معا، والذي يساوي تقريبا الكتلة الذرية. وكتلة الإلكترونات صغيرة بالمقارنة بكتلة النواة.
نصف قطر النوكليون (نيترون أو بروتون) يساوي 1 fm (فيمتو متر = 10−15 m). بينما نصف قطر النواة، والذي يمكن أن يكون تقريبا الجذر التربيعي لعدد الكتلة مضروبا في 1.2 fm، أقل من 0.01% من قطر الذرة. وعلى هذا تكون كثافة النواة أكثر من تريليون (1012) مرة من الذرة ككل. ويكون لواحد مللي متر مكعب من مادة النواة، لو تم ضغطه، كتلة تبلغ 200,000 طن. النجم النيتروني يتكون من مثل هذا التصور.
وبالرغم من أن البروتونات الموجبة الشحنة يحدث بينها وبين بعضها تضاد كهرمغناطيسي، فإن المسافة بين النيوكلونات تكون صغيرة بدرجة كافية لأن يكون التجاذب القوي (والذي تكون أقوى من القوى الكهرمغناطيسية ولكن تقل بشدة مع بعد المسافة) غالب عليها. (وتكون قوى الجاذبية مهملة، لكونها أضعف 1036 من التضاد الكهرمغناطيسي).
كان اكتشاف الإلكترون أول إشارة على أن الذرة لها بناء داخلي. وهذا البناء كان تصوره المبدئي طبقا “لكعك الزبيب” أو سكل بودنج الخوخ، والذي فيه تكون الإلكترونات الصغيرة، السالبة الشحنة مغمورة في كرة كبيرة تحتوى على الشحنات الموجبة. وقد اكتشف إيرنست رذرفورد وماردسون، في عام 1911 عند إجراء تجربتهم الشهيرة تجربة رقاقة الذهب، أن جسيمات ألفا من الراديوم كمصدر كانت تتشتت للخلف عند توجيهها على رقاقة الذهب، والذي أدى إلى تقبل نموذج بور، الشكل الكوكبي الذي تدور فيه الإلكترونات حول النواة بنفس الطريقة التي تدور فيها الكواكب حول الشمس.
تعريف البروتونات والنيوترونات والإلكترونات
يمكن للنويات الثقيلة أن تحتوى على مئات من النيوكلونات (النيوترونات والبروتونات)، والذي يعنى أنه ببعض التقريب يمكن معاملتها على أنها ميكانيكا تقليدية، أكثر من كونها ميكانيكا كمية. وفي نموذج القطرة الناتج، تكون النويات لها طاقة ناتجة جزئيا من التوتر السطحي، وجزئيا من التضاد الكهربي للبروتونات. ويستطيع نموذج نقطة السائل إعادة إنتاج ظواهر عديدة للنواة، متضمنة الاتجاه العام لطاقة الترابط بالنسبة إلى عدد الكتلة، وأيضا ظاهرة الانشطار النووي.
وعموما، بالنظر لتركيب هذه الصورة التقليدية، فإن تأثيرات ميكانيكا الكم، والتي يمكن أن توصف باستخدام نموذج الغلاف النووي، تم تطويرها كثيرا بمعرفة ماريا غوبرت-ماير. النواة التي لها عدد معين من النيوترونات والبروتونات (الرقم السحري 2، 8، 20، 50، 82، 126،……) تكون بالتحديد ثابتة، لأن أغلفتها تكون ممتلئة ، وحيث أن بعض النويات تكون ثابتة أكثر من الأخرى، فإنه يتبع ذلك أن الطاقة يمكن أن تنطلق من التفاعلات النووية. مصدر طاقة الشمس الانصهار النووي، والذي فيه تصطدم نويتين ويتحدا لإنتاج نواة أكبر. العملية العكسية هي الانشطار النووي، والتي تمد المفاعلات النووية بالطاقة. وحيث أن طاقة الترابط لكل نيوكلون هي كحد أقصى للنواة المتوسطة (تقريبا الحديد)، فإن الطاقة تنطلق إما باندماج النويات الخفيفة، أو بانشطار النويات الثقيلة.
العناصر حتى الحديد تتكون في النجوم خلال تسلسل مراحل الانشطار، مثل سلسلة تفاعل بروتون-بروتون ، ودورة CNO، وتفاعل ألفا-الثلاثي. وارتقاء العناصر الأثقل يتكون خلال نشوء النجوم. وحيث أن ذروة طاقة الترابط لكل نيوكلون تكون تقريبا حول الحديد، فإن الطاقة تنتج فقط للعمليات الانشطار تحت هذه النقطة. وتكوين النويات الأثقل يتطلب طاقة، وعلى ذلك فإن غمكانية حدويها خلال انفجارات السوبرنوفا، والتي يتم إطلاق كميا هائلة من الطاقة فيها.
تتشكل قوى الترابط بين مكونات النواة كجزء من التآثر القوي. يربط التآثر القوي الكواركات التي تكوّن البروتونات والنيوترونات. فالقوى النووية التي تربط بين البروتونات والنيوترونات أضعف بكثير من قوة التآثر القوي.
لماذا لا تنجذب الإلكترونات السالبة الشحنة داخل نواة الذرة الموجبة
وتعمل القوة النووية خلال مسافات صغيرة بين البروتونات والنيوترونات ولذلك نسمي ذلك الجسيمين في النواة نوكليون. وتتغلب القوة النووية على التنافر بين البروتونات الحادث داخل النواة بتأثير القوة الكهرومغناطيسية فتبقى النواة متماسكة. ونظرا للقصر الشديد لقوة الارتباط النووية فإنها تتخاذل سريعا مع زيادة المسافة (أنظر جهد يوكاوا)، ولذلك تكون النواة الذرية مستقرة إذا لم يتعد حجمها حجما معينا.
وتعتبر نواة الرصاص-208 هي أثقل نواة مستقرة نعرفها (فهي لا تُبدي تحلل ألفا ولا تحلل بيتا) ويأتي مجموع النوكليونات في نواة الرصاص 208 من مجموع البروتونات 82، والنيوترونات 126. أما الأنوية الأكبر من الرصاص-208 فتكون غير مستقرة وتبدي ظاهرة النشاط الإشعاعي أي تتحلل مصدرة أشعة ألفا أو اشعة بيتا. وكلما زادت كتلة النواة وفاقت الرصاص-208 كلما قصر عمر النصف لها لزيادة بعدها عن حالة الاستقرار. ونجد أن البزموت-209 مستقر بالنسبة إلى تحلل بيتا ولكنه يتحلل تحلل ألفا بعمر النصف فائق الطول، يقدر بعمر الكون.
يوجد في نواة الذرة بروتونات ونيوترونات
اكتشف العلماء ان نوارة الذرة تتكون من بروتونات ونيوترونات وذلك حين بدأوا في التفكير في طبيعة قوى الارتباط النووية بعد اكتشافهم للنيوترونات ، وقد اعتقد آنذاك أن قوة الارتباط النووية تنتقل عن طريق جسيم أولي يسمى ميزون (مثلما تترابط الذرات بعضها البعض بواسطة الإلكترونات مكونة جزيئات). ثم تعمق العلماء في البحث وأصبح اعتقادنا منذ عام 1970 بأن تلك الميزونات عبارة عن كواركات وجلوونات تنتقل بين النوكليونات التي هي أصلا مكونة من كواركات وجلوونات. وقد أدى هذا النموذج إلى تفسير قوة الارتباط النووية التي تربط النوكليونات بعضها البعض في النواة الذرية، وما هي إلا جزء من التآثر القوي، أشد قوة نعرفها تعمل على الربط بين الكواركات في النوكليونات.
لماذا الإلكترونات لا توجد داخل نواة الذرة ؟
السبب هو وجود قوة اخرى تعاكس قوة التجاذب و هي الطرد المركزي تنشأ من سرعة الالكترون الزاوية حول النواة .. فدائما اتجاه الطرد المركزي في السرعة الزاوية تكون عكس اتجاه مركز الدائرة وهي النواة ، وﻷن الالكترونان تملك طاقات محددة تمكنها من التغلب على قوى التجاذب مع النواة وفي الواقع هذه الطاقة تقسم الى قسمين حركية وكامنة ولوالعكس الصحيح أي لو ان الالكترونات لا تملك تلك الطاقة لسقط في حقل النواة وانتهى الكون .
علل نواة الذرة موجبة الشحنة تكون
تحتوي الذّرة على نواة موجبة الشحنة، تحاط بواحد أو أكثر من الإلكترونات سالبة الشحنة، وتحتوي النواة على نوعين من الجسيمات، وهي الشّحنات الموجبة وتسمّى بروتونات، والنيوترونات التّي لا تمتلك شحنة، لذلك تمتلك النواة شحنة موجبة دائماً، كما أنها تعد صغيرة جداً مقارنة بحجم الذرة، وتعادل الشحنات الموجبة للبروتون الشحنات السالبة في الذرة؛ لذلك تكون الذرات متعادلة كهربائياً، وعند ارتباط إحدى الذرات بذرة أخرى فإن ذلك يتم عن طريق الإلكترونات التي يحدّد عددها البروتونات الموجبة في داخل النّواة في الذرات المتعادلة، ويوضح الجدول الآتي كتلة وشحنة الجسيمات في الذرة:
الذرات المستقرة والغير مستقرة
يمكننا تعريف النواة المستقرّة بأنّها تلك النواة القادرة على الحفاظ على تكوينها وبنيتها بشكل دائم، وتكتسب النواة استقرارها ممّا في داخلها من مكوّنات تحت التأثير المتبادل القويّ، وحتى نتمكّن من تحديد ما إذا كانت النواة مستقرّة فلا بدّ من دراسة مخطّط سوقري الخاص بدراسة مدى استقرار النواة الذرية حيث يقدّم مجموعة من الدلالات حول ما تحتويه النويّات من عدد بروتونات ونيوترونات، إذ يحتوي المخطط على ترتيب لعدد النيوترونات وفقاً للأحرف الانجليزية A-Z حيث يشير الحرف zz لعدد البروتونات وكلّ مربع صغير يظهر في المخطط هو نواة ذرية، وفي حال كانت المنطقة الظاهرة حمراء فإنّ ذلك يدلّ على استقرار النواة.
شحنة البروتون
قبل ان تتعرف على شحنة البروتون ، نساعدك اولاً في تعريف البروتون وهو 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 مقدارها : 1.672621637×10−27 كيلوجرام، أو ما يقارب 1800 ضعف كتلة الإلكترون. ونظرا لصغر كتلة البروتون بالكيلوجرام عدد صغير جدا يصعب حفظه عن ظهر قلب يستعمل الفيزيائيون وحدة الطاقة MeV للتعبير عن كتلة البروتون وهي تعادل 938 ميغا إلكترون فولت (طبقا لمعادلة أينشتاين الشهيرة عن تكافؤ الكتلة والطاقة).
وبخصوص شحنة البروتون ، فيتم تصنيف البروتونات على أنها باريون وتتكون من 2 كوارك أعلى و 1 كوارك أسفل، ويوجدوا معا أيضاً عن طريق القوة النووية، بالتداخل مع الجلون ومعاكس المادة 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 تمدد له تأثير كبير على الكون، وأى جسم له قوة جذب (الكواكب والنجوم).
