كان يُعتقد قديماً أن الذرة هي أصغر جزء في المادة، ولا يمكن تقسيمها لجزء أصغر منها, لذلك سميت بهذا الإسم، حيث اشتقت من الاسم الاغريقي "أتومس". لكن فيما بعد تم اكتشاف مكونات الذرة، وأنها تحتوي جسيمات أصغر منها.
الذرة "Atom" هي أصغر جزء من العنصر الكيميائي يمكن الوصول إليه والذي يحتفظ بالخصائص الكيميائية لذلك العنصر, تتكون الذرة من سحابة من الشحنات السالبة (الإلكترونات) التي تدور حول نواة موجبة الشحنة صغيرة جداً في المركز، وتتكون النواة من بروتونات موجبة الشحنة، ونيوترونات متعادلة، وتعتبر الذرة هي أصغر جزء من العنصر يمكن أن يتميز به عن بقية العناصر؛ إذ كلما غصنا أكثر في المادة لنلاقي البنى الأصغر لن يعود هناك فرق بين عنصر وآخر. فمثلاً، لا فرق بين بروتون في ذرة حديد وبروتون آخر في ذرة يورانيوم، أو ذرة أي عنصرٍ آخر. الذرة بما تحمله من خصائص عدد بروتوناتها، كتلتها، توزيعها الإلكتروني...، تصنع الفروقات بين العناصر المختلفة، وبين الصور المختلفة للعنصر نفسه (المسماة بالنظائر)، وحتى بين كَون هذا العنصر قادراً على خوض تفاعل كيميائي ما أم لا.
الجسيمات ما تحت الذرية
على الرغم من أن كلمة ATOM تدل أصلاً على الأجزاء التي لا يمكن أن تنقسم إلى أجزاء أصغر ، ولكن إكتشفت التجارب العملية أن الذرة تتكون من جسيمات تحت ذرية مختلفة. حيث تتكون الذرات من ثلاثة أنواع من الجزيئات الذرية الفرعية هي :
* الألكترونات - ولها شحنة سالبة.
* البروتونات - ولها شحنة موجبة.
* النيوترون - ليس له شحنة (محايد).
الجديد المثير في الأمر أنهم وجدوا أن البروتونات و النيوترونات ليست جسيمات أولية وإنما تتركب من جسيمات أصغر منها أسماها العلماء الكواركات, فكل بروتون يتكون من ثلاث كواركات و كل نيوترون يتكون من ثلاث كواركات أيضاً، ولكن طبعاً بنية تلك الكواركات مختلفة في النيوترونات عنها في البروتونات.
كتلة جسيمات الذرة وأبعادها
الإلكترون أقل كتلة من البروتون والنيوترون بكثير حيث تبلغ كتلته 9،11 × 10-31 كجم ، مع شحنة أولية (سالبة) تساوي 1.6 × 10-19 كولوم، بروتونات, ونيوترونات التي تتكون بدورها من الكواركات التي تعد أصغر جزء من المادة،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, وفى النويات الصغيرة يكونا تقريبا متساويين, بينما يكون في النويات الثقيلة عدد كبير من النيوترونات. والرقمان معاً يحددا النيوكليد (أحد أنواع النويات). البروتونات والنيوترونات لهما تقريباً نفس الكتلة, ويكون عدد الكتلة مساوياً لمجموعهما معا, والذي يساوي تقريباً الكتلة الذرية. وكتلة الإلكترونات صغيرة بالمقارنة بكتلة النواة.
نصف قطر النوكليون (نيترون أو بروتون) يساوي 1 fm (فيمتو متر = 10-15 متر). بينما نصف قطر النواة, والذي يمكن أن يكون تقريباً الجذر التربيعي لعدد الكتلة مضروباً في 1.2 fm, أقل من 0.01% من قطر الذرة. وعلى هذا تكون كثافة النواة أكثر من تريليون مرة (1012) من الذرة ككل. ويكون لواحد مللي متر مكعب من مادة النواة, كما لو كانت فيه كتلة 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 القوة الكهرومغناطيسية).
التكافؤ والتراكيب
إن السلوك الكيميائي للذرات يعود بشكل كبير بسبب التفاعلات بين الألكترونات. ألكترونات ذرّة معينة يجب أن تبقى ضمن ترتيبات الالكترون المتوقّعة والمحددة. تسقط الألكترونات إلى القشور مستندة على مسافتهم النسبية من النواة. الألكترونات في القشرة الأبعد، تسمى إلكترونات التكافؤ، لها التأثير الأكبر على السلوك الكيميائي. إلكترونات المركز (تلك ليست في القشرة الخارجية) تلعب دورا، لكنه عادةً ذو تأثير ثانوي بسبب حاجز الشحنة الموجبة في نواة الذرة.
كل غلاف، مرقم من الأقرب إلى النواة، يمكن أن يمسك عدد محدد من الإلكترونات يعود ذلك لاختلاف عدد ونوع المدار:
* الغلاف 1: 2 ألكترون.
* الغلاف 2: 8 ألكترونات.
* الغلاف 3: 8 أو 18 ألكترون (إعتماداً على العنصر).
* الغلاف 4: 8 أو 18 ألكترون أو 32 ألكترون.
* الغلاف 5: 8 أو 18 ألكترون.
* الغلاف 6: 8 أو 18 ألكترون.
* الغلاف 7: 8 ألكترون.
ترتكز الخصائص الكيميائية على عدد الإلكترونات في المستويات الخارجية للطاقة، العناصر ذات المستويات الخارجية الممتلئة بالحد الأقصى من الإلكترونات لا تتفاعل، بينما العناصر الأُخرى تأخذ إلكترونات أو تمنحها لتحصل على غلاف خارجي يحتوي على الحد الاقصى من الإلكترونات.
ينشأ الفوتون عند انتقال أحد إلكترونات الذرة من مستوى طاقة مرتفع لمستوى طاقة منخفض تحت تأثير خارجي كالحرارة.
فالفوتونات عبارة عن أشعة كهرطيسية، بعضها يمكن رؤيته وينتمي إلى أشعة الضوء المرئي، والبعض الآخر يمكن أن يظهر في هيئة شعاع من الأشعة السينية ذات الطاقة العالية وبالتالي لها درجة نفاذ عالية. وتنشأ الأشعة السينية عندما يقفز إلكترون من مستوى عالٍ في الذرة إلى مستوى طاقة منخفض في الذرة بالقرب من النواة.
تتكون الأيونات من ذرات عندما تفقد إلكترونات أو تكتسب إلكترونات. ورغم أن تفكك الجزيء يحتاج إلى طاقة من الخارج إلا أن تكوّن الأيونات قد تكون أنسب من وجهة اكتمال الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة أو الأيون. تحاول الأيونات بصفة عامة الوصول إلى قاعدة الثمانيات.
- الأيونات الموجبة الشحنة تسمى كاتيونات, ويتكون الكاتيون عندما تفقد ذرة إلكترونات.
- الأيونات السالبة الشحنة تسمى أنيونات، ويتكون الأنيون عندما تكتسب الذرة إلكتروناً. بذلك يصبح للذرة شحنة زائدة من الإلكترونات ، فتكون سالبة الشحنة.