الكيمياء...chemistry

[The Hero]

الرمز الكيميائي هو اختصار أو تمثيل أصغر لأسماء العناصر الكيمائية. جميع العناصر الطبيبعية لها رمز يتكون من حرف أو إثنين, والعناصر المؤقتة لها رمز مكون من ثلاثة أحرف .

جميع الرموز الكيميائية موجودة في الجدول الدوري وتستخدم في المعادلات الكيميائية :

2H2+O2---------->2H2O

ونظرا لأن معظم الرموز الكيميائية مشتقة من الاسم اللاتيني أو من الإغريقة, فيمكن أن لا تماثل الاسم الإنجليزي الذي تسمى به, فمثلا الصوديوم " Sodium " اسمه اللاتيني natrium والذهب " Gold " و اسمه اللاتيني aurum .

يمكن للرمز الكيميائي أن يتغير لإظهار نظير معين للعنصر, ولإظهار الخواص الأخرى مثل التأين والتأكسد للرمز الكيميائي.

 

[The Hero]

أشباه الفلزات (Metalloid)( الأصل الإغريقي للكلمة يعنى شبيه الفلز ) مثل الفلزات واللافلزات إحدى السلاسل الكيميائية ، وتتميز بخصائص معينة من ناحية التأين والترابط . أشباه الفلزات لها خصائص متوسطة بين الفلزات واللا فلزات ، ولا توجد طريقة محدد للتفريق بين أشباه الفلزات والفلزات الحقيقية، ولكن عموما فإن أشباه الفلزات تكون شبه موصلة أكثر من كونها عازلة .

أشباه الفلزات مرتبة حسب الرقم الذري هي كالتالي :

* بورون ( B )
* سليكون ( Si )
* جيرمانيوم ( Ge )
* زرنيخ ( As )
* إثمد، أو الأنتيموان ( Sb )
* تيلوريم ( Te )
* بولونيوم ( Po )

في الجدول الدوري ، تقع أشباه الفلزات على هيئة خط مائل من البورون إلى البولونيوم وتكون العناصر الموجودة في أعلى يسار الخط هي اللافلزات ، بينما العناصر الموجودة أسف يمين الخط في الفلزات .

التصرف الشبيه بالفلزات لا يقتصر فقط على هذه العناصر ولكن يوجد أيضا في السبائك والمركبات .

أحد التعريفات لسلوك أشباه الفلزات هو في حالة حدوث تداخل بين حزمة التوصيل وحزمة التكافؤ . ونظرا لأن هذا يحدث في الفلزات فإن أشباه الفلزات يجب أن يكوت لها كثافة​

 

[The Hero]

تعرف عملية التأين على أنها العملية الفيزيائية لتحويل الذرة أو الجزيء إلى أيونات بإضافة أو إزالة جسيمات مشحونة مثل الالكترونات أو أيونات أخرى.

هذه العملية تختلف بشكل طفيف اعتماداً على طبيعة الأيون ما إذا كان يتم إنتاج شحنة كهربائية موجبة أم سالبة. ينتج أيون مشحون شحنة موجبة عندما يمتص إلكترون مرتبط إلى الذرة(أو الجزيء) طاقة كافة تمكنه من الهرب من مجال الجذب الكهربائي الذي كان يثبته في مكانه، بحيث يكسر الإلكترون ارتباطه وينطلق حراً. يطلق على مقدار الطاقة اللازمة لهذه العملية اسم طاقة التأين. ينتج الأيون المشحون بشحنة سالبة عندما يتحد إلكترون حر مع الذرة أو الجزيء وبالتالي يتم ضمه داخل مجال الجذب الكهربائي ومطلقاً أي طاقة فائضة.

غالباً تقسم عملية التأين إلى نوعين: التأين المتسلسل، والتأين الغير متسلسل.​

 

[The Hero]

الدالف أو الشارد أو الشاردة (أو الأيون في الترجمات الحرفية) (بالإنكليزية: Ion) هو ذرة مشحونة كهربائياً بعد تفاعل كيميائي (أخذت أو أعطت إلكترونات لذرة أو مجموعة ذرات أخرى)، ويوجد أيضًا دالف على شكل مجموعة من الذرات وتسمى هذه بالمجموعة أيونية، والأيون نوعان:

1. دالف موجب أو شرجبة (كاتايون) (بالإنكليزية: Cation) (اللفظ الاصلي من اللاتينية كات ايون وليس كاتيون, انظر المقالة الإنكليزية): وهو ذرة غير متعادلة كهربائيًا، عدد البروتونات فيها أكبر من عدد الإلكترونات أي أن الشحنة الموجبة في الذرة أعلى من الشحنة السالبة. يتكون الدالف الموجب إثر خسارة الذرة للإلكترونات (مقدار الشحنة الموجبة التي تأخذها الذرة يتعلق بعدد الإلكترونات التي تخسرها). فمثلاً، إذا خسرت الذرة إلكترونًا واحدًا بعد أن كانت حيادية(متعادلة، أي عدد الإلكترونات = عدد البروتونات) فعدد البروتونات يصبح فيها أكبر من عدد الإلكترونات بوحدة واحدة أي أن الذرة تشحن بشحنة موجبة (+1).

2. دالف سالب أو شرسبة (أنايون) (بالإنكليزية: Anion) (اللفظ الاصلي من اللاتينية ان ايون وليس انيون, انظر المقالة الإنكليزية) : وهو ذرة غير متعادلة كهربائيًا عدد الإلكترونات فيها أكبر من عدد البروتونات، أي أن الشحنة السالبة في الذرة أكبر من الشحنة الموجبة. مقدار الشحنة السالبة للذرة يتعلق بعدد الإلكترونات التي تكتسبها الذرة، فمثلاً إذا اكتسبت الذرة إلكترون واحد، فعدد الإلكترونات يصبح فيها أكبر بوحدة واحدة من عدد البروتونات وبما أن شحنة الإلكترون سالبة، إذن تشحن الذرة بشحنة (-1).​

 

[The Hero]

طاقة التأين لذرة (Ionization Energy IE) هي الطاقة اللازمة لنزع إلكترون منها . وبتعميم أكثر ، تكون طاقة التأين ن هي طاقة نزع الإلكترون ن بعد نزع الإلكترونات ن-1 . وطاقة التأين ذات أهمية كبيرة في الكيمياء الفيزيائية نظرا لأنها مقياس لمقدار إذعان الذرة لفقد الإلكترونات ، أو بمعنى اخر القوة التي يتم إمساك الإلكترون بها .

طاقة التأين تقل خلال المجموعة بالجدول الدوري و تزيد من اليمين لليسار خلال الدورة وذلك بسبب زيادة العدد الذري مما يؤدي إلى زيادة الشحنة النووية الفعالة (الشحنة النووية الفعالة = شحنة النواة - معامل الحجب) فزيادة العدد الذري يؤدي إلى زيادة عدد البروتونات في النواة مما يؤدي إلى زيادة جذب الذرة لالكترونات المستويات الخارجية فتزداد الطاقة اللازمة لنزع الالكترون فتزداد طاقة التأين. كما أن طاقة التأين تتناسب عكسيا بشدة مع نصف القطر الذري فكلما ازداد نصف القطر الذري زاد بعد الكترونات المستويات الخارجية عن النواة وقل جذب النواة لها فيسهل نزعها من الذرة فتقل طاقة التأين اللازمة. كما أن هناك زيادة كبيرة في طاقة التأين بعد نفاذ أى مستوى فرعى للمدارات الذرية . وهذا لأنه بعد انتقال الإلكترونات من مدار معين ، فإن طاقة التأين تتضمن إزالة إلكترون من مدار أقرب للذرة . وتكون الإلكترونات الموجودة في مدارات قريبة لها قوى جذب كهرستاتيكية أكبر ، وعلى هذا تتطلب طاقة أكبر لتحريكها .

 

[The Hero]

يمكن توقع طاقات التأين باستخدام تحليل بسيط عن طريق الجهد الكهرستاتيكي ونموذج بور للذرة كالتالي :

بإفتراض إلكترون له طاقة e- ، وأيون له شحنة ne+ ، حيث n هي عدد الألكترونات المفقودة من الأيون . وطبقا لنموذج بور ، حيث سيقوم الإلكترون بالإقتراب والإرتباط بالذرة ، فسوف يكون على بعد نصف قطر a . ويكون الجهد الكهرستاتيكي على مسافة a من نصف القطر الأيوني ، يرجع لنقطة محددة على بعد :

وحيث ان الإلكترون له شحنة سالبة ، ومسحوب ناحية الجهد الموجب . ( وقيمة هذا الجهد يسمى جهد التأين ) والطاقة اللازمة له ليقفز ويترك الذرة هي :

وهذا التحليل البسيط غير كامل ويترك المسافة a غير معروفة . ويمكن ان يكون أكثر دقة بتحديد هذه المسافة لكل إلكترون في العناصر الكيميائية ، وعلى هذا تتطابق العلاقة مع التجارب العملية .

 

[The Hero]

طبقا لنظرية ميكانيكا الكم ذات التعقيد الأكثر ، فإن مكان الإلكترون يتم وصفه كسحابه للأماكن المتوقع وجوده فيها ( بالتحديد مدار إلكتروني ) والتي تتراوح بالقرب والبعد من النواة . ويمكن حساب الطاقة بتكامل هذه السحابة ، ويكون أبسط شكل لأخر طاقة تأين كالتالي :

حيث H الهاملتونية (ميكانيكا كم) ، ψ هي المعادلة الموجية للحالة الأرضية ، حيث أن الدالة الذاتية لل H لأقل طاقة . وبالوحدات الذرية فإن H تقريبا تكون :

حيث ان Z هي الشحنة النووية . وبوجود الهماملتونية فإن الطاقة يمكن حسابها بسهولة ، وفى الواقع تكون مساوية للطاقة المعطاة في نموذج بور ، بالمسافة المحددة a = a0 / Z حيث a0 هي نصف قطر بور .

وبصفة عامة ، فإن حساب طاقة التأين ن تتطلب طرح طاقة النظام Z-n+1 من طاقة النظام Z-n . المعادلة الأولى بالأعلى تمتد لتتكامل مع تناسقات كل إلكترون ، والطاقة الثانية تتطلب كميتان إضافيتان لكل إلكترون ودفع الإلكترون وكمية لكل زوج من الإلكترونات . وحساب هذه الطاقات ليس سهل ، ولكنها موضوع جيد للدراسة ، ويتم بصفة منتظمة في الكيمياء الحسابية .​

 

[The Hero]

الكُهرُب أو الإلكتْرُون (أو الكُهَيْرَن (بالإنجليزية: Electron) في الترجمات العربية الحديثة، على وزن فُعَيْلَن من الكهربا وهو العنبر) هو جسيم أولي مكون للذرة . تحيط الإلكترونات بالنواة المتكونة من بروتونات ونيترونات في شكل ترتيب إلكتروني. تم استحداث كلمة إلكترون في عام 1894 م وتم اشتقاقها من المصطلح " Electric " كهربي والذي يساوي أصله الإغريقى كلمة عنبر, والذي كان يمكن الحصول على شحنة إلكتروستاتيكية منه عند مسحه بقطعة قماش. ويرجع المقطع الأخير "ون" إلى أنه يتشارك في معظم الجسيمات تحت الذرية التي استخدمت في كلمة أيون.

وكما تم التوضيح فإن الإلكترون له شحنة كهربية سالبة. وعندما يتحرك فإنه يولد تيارا كهربيا. ونظرا لأن الإلكترونات الموجودة في الذرة تحدد الطريقة التي تتفاعل بها الذرة مع الذرات الأخرى, فإنها تساهم بشدة في الخواص الكيميائية للعناصر وبذلك تلعب دورا رئيسيا في الكيمياء .

تصنيف الإلكترونات
الإلكترون عبارة عن أحد الجسيمات تحت النووية، ويطلق عليه أيضا اسم ليبتون والذي يعتبر جسيما أساسيا (أي لا يمكن تكسيره للحصول على جسيمات أصغر).

وكلمة جسيم قد تكون محيرة عند استخدامها لدرجة ما، نظرا لأن ميكانيكا الكم أظهرت أن الإلكترون يسلك أيضا سلوك الموجات، أي أن له طبيعة مزدوجة، مثل ما يحدث في تجربة الانشقاق المزدوج أو بمعنى آخر يعتبر الإلكترون جسيم ذو طبيعة موجية
​

 

[The Hero]

ترجع كلمة إلكترون غالبا إلى نيجاترون مشحون بشحنة كهربية سالبة مقدارها −1.6 × 10−19C وكتلة 9.11 × 10−31 كجم (0.511 MeV) والذي يساوي تقريبا 1836 من كتلة البروتون. ويتم التعبير عن ذلك بالرمز -e. وقد قام كارل دي أندرسون باستخدام نفس الكلمة كتعبير عن نيجاترون و يترون, واليترون له نفس الكتلة ونفس الشحنة ولكن بقيمة موجبة.

وتعتبر حركة الإلكترون حول النواة من الموضوعات التي لا يزال فيها جدال حاد. فلا يمكن اعتبار حركة الإلكترون كأي نوع من الحركات في علم الفيزياء نظرا لأن هذه الحركة ليست دائما موجودة, كما لو أن الإلكترون يختفي في بعض الأوقات أثناء دورانه حول النواة. وفي الوقت الحالي لا يمكن التنبؤ بمكان وسرعة الإلكترون في نفس الوقت. وقد تم عرض هذا الفرض عن طريق مبدأ اللايقين هايزنبرج والذي يتم تطبيقه على الجسيمات التي لها طبيعة تماثل طبيعة الإلكترون, كما يمكن التعبير بصورة أخرى عن ذلك, كلما زادت دقة معرفة مكان الإلكترون كلما قلت دقة معرفة سرعته والعكس صحيح .

الإلكترون له دوران (مغزلي) يساوى 1 / 2, والذي يثبت أنه فيرميون, أي أنه جسيم يتبع إحصائيات فيرمى ديراك.

وبينما توجد معظم الإلكترونات في الذرة, فإنه قد توجد بعض الإلكترونات التي تتحرك بمفردها في المادة, أو في شكل شعاع إلكتروني في الفراغ. فتتحرك الإلكترونات في الموصلات الفائقة على هيئة "أزواج كوبر" والتي تتزاوج أثناء حركتها بقرب حواف المادة عن طريق شبكة اهتزازية فيما يعرف بالفونون.

عندما تتحرك الإلكترونات, بعيدا عن النواة, في شكل شبكي فهذا يعرف بالكهرباء أو التيار الكهربائي.

على أن الكهرباء الساكنة, لا تعتبر سريانا للإلكترونات. ولكنها ترجع لأي جسم به عدد أقل أو أكبر من عدد الإلكترونات اللازم لعمل اتزان للشحنة الموجبة الموجودة في النواة. وعندما تكون الإلكترونات أكثر يكون الجسم سالب الشحنة, بينما يكون موجب الشحنة في حالة أن الإلكترونات أقل. ويكون الجسم متعادل الشحنة حينما يكون عدد الإلكترونات مساو لعدد البرتونات.

 

[The Hero]

يمكن للإلكترون واليترون أن يقضيا على بعضهما البعض لتكوين فوتون. وبالعكس فإن الفوتون الذي له طاقة عالية يمكن أن يتحول إلى إلكترون ويترون بعملية يطلق عليها الإنتاج الزوجي.

الإلكترون جسيم أولي أي أنه لا يوجد له تركيب تفصيلي (لم تجد أي من التجارب العلمية حتى الآن أي تركيب تفصيلي له). وعلى هذا فإنه يوصف على أنه شبيه بالنقطة أي لا يوجد له حيز مكاني. وعند النظر بقرب أكثر للإلكترون فيمكن ملاحظة أن خواصه (الشحنة والكتلة) تتغير. وهذا يحدث بصفة عامة لكل الجسيمات الأولية عند اقترابها من بعضها البعض في الفراغ, وعلى هذا فإن الخواص التي نشاهدها من بعيد تكون محصلة التأثيرات الحادثة في الفراغ.

يوجد ثابت فيزيائي يسمى نصف قطر الإلكترون التقليدي وقيمته 2.8179 × 10−15 م وقد تم الاستدلال على هذه القيمة من شحنة الإلكترون وهذا تم عن طريق النظرية التقليدية للديناميكا الحرارية وبدون وجود نظريات ميكانيكا الكم (أي أنه تصور قديم ولكنه مع ذلك لايزال يصلح للاستخدام في الحسابات).

تقترب سرعة الإلكترون في الفراغ من سرعة الضوء في الفراغ ولكن لا تصل إليها. وهذا راجع إلىالنرية النسبية الخاصة. وتأثير النسبية الخاصة مبني على كمية تعرف بجاما أو عامل لورينتز. وتكوّن جاما علاقة بين سرعة الجسيم v وسرعة الضوء c وهي كالتالي:

​

 

[The Hero]

في ميكانيكا الكم, تم وصف الإلكترون بواسطة معادلة ديراك. في النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات فإن الإلكترون يكون ما يشبه المعطف مع (SU(2 مع نيوترينو الإلكترون حيث أنهما يتفاعلان خلال تفاعل الضعف. وللإلكترون شريكان أخران بنفس الشحنة ولكن بكتل مختلفة أثقل منه نحو 200 مرة: ميوميزون و تاو ميزون.

معاكس أو نقيض المادة و نقيض الإلكترون يسمى يترون. واليترون له نفس كمية الشحنة الموجودة في الإلكترون ولكن شحنته موجبة. وله نفس كتلة ألإلكترون و نفس كم دورانه المغزلي . وعندما يتقابل إلكترون ويترون فإنهما يفنيا بعضهما البعض , ويتحولان إلى 2 فوتون من أشعة جاما, وكل شعاع منهما له طاقة تقدر ب 0.511 MeV أو 511 keV .

ويعتبر الإلكترون أيضا عنصرا أساسيا في الإلكترومغناطيسية, و نظرية الإلكترومغناطيسية تصف بكل دقة حركة الإلكترونات في أنظمة المجهر الإلكتروني مجهر إلكتروني.
​

 

[The Hero]

تم اقتراح الإلكترون كوحدة للشحنة في الكيمياء الإلكترونية بواسطة جى جونستون ستوني في عام 1874 م وفي عام 1894 م, قام هو باختراع الكلمة. واكتشاف أن الإلكترون هو جسيم تحت ذري تم في عام 1897 م بواسطة طومسون في معمل كافينديش, بينما كان يدرس أشعة الكاثود. وبنتائج تجارب جيمس كليرك ماكسويل, واكتشاف أشعة إكس فقد استنتج وجود أشعة الكاثود وأنها جسيمات سالبة الشحنة وسماها كوربوسكل. وقد نشر اكتشافه عام 1897 م.

وطبقا ً ل الجدول الدوري للعناصر فإن الخواص الكيميائية للعناصر تكرر دوريا إلى حد كبير، وقد كان ذلك أساس ترتيب الجدول الدوري للعناصر. وقد تم تفسير الجدول مبدئيا عن طريق الكتلة الذرية للعناصر. وعموما فإن الاختلافات التي كانت موجودة في الجدول الدوري تم تفسيرها لاحقا بتقدم اكتشاف البناء الذري. في عام 1913 قام هنري موزلي بتقديم العدد الذري وقد فسر ذلك الجدول الدوري عن طريق عدد البروتونات الموجودة في كل عنصر. وفي نفس العام قام نيلز بور بتوضيح أن الإلكترونات هي الأساس الفعلي لترتيب لجدول. وفي عام 1916 م, قام جيلبرت نيوتن لويس وإيرفنج لانجمير بتوضيح الترابط الكيميائي للعناصر عن طريق تفاعل الإلكترونات
​

 

[The Hero]

الشحنة الكهربائية هي خاصية تحملها الجسيمات الدون ذرية (الدقائق) ، وهي مصدر القوة الكهرومغناطيسية في الطبيعة ، تحمل الجسيمات شحنة سالبة أو موجبة أو متعادلة ، وتحمل الإلكترونات شحنات سالبة والبروتونات شحنات موجبة ، والنيوترونات شحنات متعادلة ، كما أن هناك جسيمات أخرى تحمل شحنات وكل هذه الشحنات تكون إما سالبة أو موجبة أو متعادلة (بدون شحنة).و هي عبارة عن دقائق صغيرة جدا لا ترى بالعين المجردة تتنقل عبر اسلاك و أجهزة كهربائية و تشمل ما يسمى بالتيار الكهربائي. E = q1 * q2 / 4
​

 

[The Hero]

في فيزياء الجسيمات البروتون (تعنى كلمة بروتون الأول بالإغريقية) هو جسيم أولي من مكونات الذرةوبشحنة كهربائية موجبة مقدارها 1.6 × 10−19 كولوم ، تعادل تماما الشحنة التي يحملها الإلكترون إلا أن الإلكترون شحنته سالبة، وكتلة البروتون مقدارها [[1.6726231 times; 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 MeV للتعبير عن كتلة الإلكترون وهذه تعادل 938 MeV.

تدل 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 المسئولة عن الخواص الكيميائية للذرة وتعريف هذا العنصر الكيميائي.

يتم 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).

يرجع مصطلح البروتون في الكيمياء والكيمياء الحيوية إلى أيون الهيدروجين H+. وفى هذا السياق تكون المادة المعطاة للبروتون حمضية والمادة المتقبلة للبروتون قلوية (راجع نظرية تفاعل الأحماض مع القلويات.)​

 

[The Hero]

تم اكتشاف البروتون في عام 1918 من قبل إرنست رذرفورد. فقد لاحظ أنه عندما يتم قذف جسيمات ألفا خلال غاز النيتروجين، فإن مبينات الومضات بينت وجود نواة الهيدروجين. وقد حدد راذرفورد أن المكان الوحيد الذي يمكن أن يأتي منه الهيدروجين هو النيتروجين، وعلى هذا فإن النيتروجين لابد أنه يحتوى على نويات الهيدروجين. وقد إقترح أن نويات الهيدروجين والتي كان لها عدد ذرى يساوى 1، هي عنصر أساسي، وسماها بروتون، من الكلمة الإغريقية بروتوس والتي تعنى الأول.


البروتون يوجد دائما ًفي حالة دوران (مغزلي)، وهذه الخاصية تم استغلالها في مطياف الرنين الذري المغناطيسي (NMR). وفيه يتم استخدام مجال مغناطيسي للتحقق من وجود الغلاف الموجود حول البروتونات في النواة والذي يتم معرفته بسحابة الإلكترونات الموجودة حول النواة. وعلى هذا يستطيع العلماء معرفة التركيب الجزيئي للجزيء الذي يتم دراسته.


مثنوية (جسيم / موجة ) خاصية مميزة للجسيمات المجهرية تمكنها من التصرف في بعض الأحيان كموجة و في البعض الآخر كجسيم .

أفضل مثال لتمثيل هذه الظاهرة هو الضوء ففي ظاهرة التداخل ( تجربة شقي يونغ) يتصرف الضوء (الفوتون) كموجة وفي ظاهرة المفعول الكهروضوئي يتصرف كجسيم مادي (فوتون) . بالمقابل أمكن إجراء تجربة التداخل بواسطة الإلكترونات وهذا يدعم بشكل مطلق الإزدواجية جسيم موجة في جميع الأجسام دون الذرية .

هذا ما دفع الفيزيائي الفرنسي دي بروجلي إلى إعطاء علاقته المشهورة التي تربط بين كمية حركة الجسيم p=m v وطول موجته l :

p = h ÷ l

تتكون ذرة الهيدروجين من موجة كما هو الشأن في الحالة الكلاسيكية لاهتزاز حبل.

معادلة شرودنجر هي معادلة تفاضلية من الدرجة الثانية تحققهها دالة الموجة. هذه المعادلة تصف تطور حالة الجسيم خلال الزمن كما تحدد الحالات fuالمستقرة للجسيم في حالات معينة .


في فيزياء الجسيمات : الجسيمات الأولية elementary particle أو fundamental particle هي الجسيمات الأساسية التي تتكون منها باقي الجسيمات الأكبر والأعقد وبالتالي هي الأشكال الأبسط للوجود المادي حسب نظرية النموذج العياري. يتم افتراض هذه الجسمات أولية على أساس انها البنية الأولى لكل مادة الكون و أنها لا تحتوي بنية داخلية أو عناصر أصغر منها ضمنها ، في حين تتشكل معظم الجسيمات الأكبر من مكونات ذرة و ذرات و جزيئات العناصر و المركبات من هذه الجسمات الأولية أساسا . تحدد نظرية النموذج العياري في فيزياء الجسيمات هذه الجسيمات بانها : كواركات و ليبتونات و ونات غاوغية .

تاريخيا اعتبرت الكثير من الجسيمات جسيمات أولية ثم بينت الاكتشافات اللاحقة تركيبها و بينت خطأ التصور انها أبسط الجسيمات : فالهادرونات hadron (و هي الميزونات meson و الباريونات baryon ) مثل البروتونات و النترونات ) و حتى الذرات في فترة سابقة تم اعتبارها جسيمات أولية لفترة من الزمن حتى تم كشف أجزاء أبسط و أصغر منها . حاليا تقدم نظرية الأوتار الفائقة فكرة عن تكون كافة الجسيمات المادية من نوع من الاهتزازات ضمن ما يدعى وترا فائقا ، هذه النظرية تشكل إطارا واعدا لتوحيد نظرية النموذج العياري أو بشكل أكثر تحديد ميكانيكا الكم مع نظرية النسبية لتشكل إطارا موحدا لتفسير القوى الفيزيائية الأربع الأساسية في الطبيعة .

 

[The Hero]

خصائص الجسيمات موضحة على يسار الشكل في النموذج العلوي ، وهو يعطي الخصائص التالية:

الكتلة
الشحنة
العزم المغزلي سبين spin
اسم الجسيم

* فرميونات: (تخضع لإحصاء فيرمي-ديراك)

1-1- نجد في الستة خانات البنفسجية 6 من الكواركات يختلف كل منها عن الآخر ولهذا نجد فيها بعض التسميات العجيبة.

كوراكات علوي, سفلي, غريب, فاتن, قعري, قمي

* نلاحظ تباينا بالغا بين كتل الكواركات حيث تتفاوت بين 4و2 MeV و 2و171 GeV .

حيث: 1000 GeV = MeV

* جميع الجسيمات ال 6 المذكورة أعلاه تكوّن فصيلة الجسيمات , وجميعها يتسم بعزم مغزلي =1/2 (لا توجد الكواركات في حالة منفردة ، ويشكل كل ثلاثة منها البروتون و النيوترون الذان يتسمان أيضا بعزم مغزلي =1/2 )

2-1- نجد في الستة خانات الخضراء 6 من الجسيمات ، منهم ثلاثة من ضمنهم الإلكترون وهو معروف بكتلته 511و0 MeV ويعلوه النيوترينو الخاص به (نيوترينو الإلكترون) وتبلغ كتلته أقل من 2و2 eV .

كما نلاحظ أن أثقل ما في تلك الستة جسيمات هو التاو-ميزون وتبلغ كتلته 777و1 GeV (أي أن كتلته تعادل 2 من البروتونات) وفوقه مباشرة نجد النيوترينو تبعه التاو-نيوترينو وكتلته 5و15 MeV .

ليبتونات إلكترونات, ميون, تاو, نيوترينو إلكتروني, نيوترينو ميوني, نيوترينو تاو

جميع الجسيمات ال 6 المذكورة أعلاه تكوّن فصيلة الجسيمات , وجميعها يتسم بعزم مغزلي =1/2 .

3-- ونات :

وفي العمود ذو اللون الأزرق نجد الإثنين العلويين : الفوتون (أشعة جاما ) و الجلوون المسؤول عن ترابط الكواركات في البروتون والنيوترون ، وهما لا يخضعان إلى مبدأ استبعاد باولي حيث لكل منهما عزم مغزلي spin=1/2 .

وأما الجسيمان الأخيران طبقا لهذا التصنيف فهما ون Z وكتلته 2و91 GeV و ون W وكتلته 80,4 GeV ، وكلاهما له عزم مغزلي =1. هذان الإثنان مسؤولان عن التآثر الضعيف weak interaction الذي ترجع إليه ظاهرة النشاط الإشعاعي.

ون غاوغي غلوون, ونات دبليو و زد, فوتون
ونات أخرى ون هيغز, غرافيتون​

 

[The Hero]

النيوترون ( Neutron) جسيم أولي (دون ذري) ، كتلته تساوي تقريباً كتلة البروتون، يوجد في أنوية الذرات، كما يمكن أن يوجد خارجها حيث يدعى بالنيوترون الحر. النيوترون الحر غير مستقر له متوسط عمر قدره حوالي 886 ثانية ( حوالي 15 دقيقة)، حيث يتحلل بعد هذه الفترة القصيرة إلى بروتون وإلكترون. ولان النيوترونات غير مشحونة يجعل من الصعب كشفها أو التحكم بها، الأمر الذي أدى لتأخر اكتشافها. فقد اكتشفها عالم الفيزياء حامل جائزة نوبل "جيمس شادويك". والنيوترون مثل البروتون له دوران مغزلي حول نفسه ، ولهذا فهو يتأثر بالمجال المغناطيسي .

كما أن النيوتونات الحرة (الإشعاعات النيوترونية) لها قدرتها عالية على النفاذ في المواد. الطريقة الوحيدة لتغيير مسار النيوترون هي بوضع نواة في مساره، حيث يتم تصادم تام المرونة. لكن احتمال اصطدام نيوترون حر متحرك بنواة إحدى الذرات في المادة ضعيف جداً بسبب الفرق الهائل بين حجم النيوترون والنواة، علما ً بأن نواة الذرة أصغر كثيرا جدا من حجم الذرة (أي أن الذرة تحوي فراغاً كبيراً)، مما يعطي النيوترونات قدرة كبيرة على الاختراق.

تستخدم النيوترونات في شطر أنوية اليورانيوم في المفاعلات النووية .وينتج عند انشطار نواة اليورانيوم نيوترونين في المتوسط ، تتفاعل هي الأخرى مع نوايا يورانيوم أخرى ، بهذا تتزايد النيوترونات وكذلك معدل الانشطار يزداد بما يسمى التفاعل المتسلسل . وفي المفاعل النووي توجد مواد لامتصاص النيوترونات الزائدة بحيث يبقى التفاعل متوازناً ، ونستطيع بذلك إنتاج الطاقة عن طريق المفاعلات الذرية أو النووية .

والنيوترونات من ضمن الإشعاعات الضارة للأجسام الحية إذا زادت جرعاتها ، وهي تستخدم أحيانا لتعقيم البذور الزراعية.

الجسيمات دون الذرية هي التي تكون ذات أحجام أصغر من الذرة من هذه الجسيمات البروتونات والالكترونات والنيترونات التي منها تتكون الذرة كما إن منها جسيمات أخرى تنتج من التفاعلات النووية لكنها غير مستقرة إذ سرعان ما تتلاشى على هيئة جسيمات أخرى أو طاقة إشعاعية وقسم العلماء الجسيمات دون الذرية إلى ثلاثة أقسام رئيسية اللبتونات والكواركات والونات هذه الأنواع تمثل الجسيمات الأولية أي التي لم يثبت حتى الآن إنها تتكون من جسيمات اصغر منها ولكنها قد تدخل في تكوين جسيمات أخرى فالكواركات مثلا هي الجسيمات التي يتكون منها كل من البروتون والنيترون أم الإلكترون هو من اللبتونات وحجم الجسيمات الأولية اصغر بمقدار مئة مليون مرة من حجم الذرات .



اليورانيوم (بالإنكليزية: Uranium) هو أحد العناصر الكيميائية المشعة الموجودة في الجدول الدوري، ويرمز له بحرف U. عدده الذري هو 92، ومن أبرز صفاته: ثقيل، أبيض فضي، سام، فلزي وقطعة من معدن اليورانيوم الصافي تبدو قريبة من معدن الفضة أو الفولاذ ولكنها ثقيلة جداً نسبة إلى حجمها. تبلغ كثافته نحو 20 جرام /سنتيمتر مكعب ، أي أن 1 متر مكعب من اليورانيوم يزن نحو 20 طن! فهو أثقل المعادن الموجودة في الطبيعة.

* خام الكارنوتيت k2(UO3)(VO4)2.3H2O
* خام اليورانيت UO2
* خام البيتش بليند

اولا يتم تكسير الخام إلى قطع صغيرة ثم يتم تجميعها عن طريقة الطفو باستخدام حمض الفوليك, ثم يتم تحميصها في الهواء حتي يتم تحوليها إلى الأكاسيد المقابلة, بعد ذلك يتم تصفيتها في مزيج من حمض الكبريتيك وبرمنجانات البوتاسيم حتى نتأكد من أكسدة اليورانيوم الموجود بالخام يتم ترسيب اليورانيوم بأضافة هيدروكسيد الصوديم حتي يتحول الي الصيغه غير الذائبه (Na2U2O7) ويطلق عليها اسم الكعكة الصفراء yellow cake, بعد ذللك يتم إضافة حمض النيتريك حتى يتحول إلى نترات اليورانيم UO2(NO3)2 (H2O)nالذي يتم أمرار بخار الفلور عليه متحولا إلى بخار من فلوريد اليورانيم (UF4) ثم يتم استخلاص اليورانيوم النقي بواسطة الاختزال عن طريق عنصر الكالسيوم ويتم استخلاص نظائر اليورانيوم أيضا بطريقة مماثلة.

 

[The Hero]

* (نظير ذري 235) وهو قابل للانشطار (fissile ) ويتواجد في خام اليورانيوم بنسبه صغيره 0.7 بالمائة و يستخدم في المفاعلات النووية وتصنع منه القنابل الذرية و يعمل كبادئ للقنبلة الهيدروجينية ،

* (نظير ذري 238 ) ويتواجد في الخام بنسبة كبيره 99.3 وهو غير قابل للانشطار (non fissile) وهو مايتم تخصيبه للاستخدام في المفاعلات النووية و يستخدم في الدراسات والتشخيص ويستعمل أيضاً في تحسين الزراعة والعلاج الكيماوي ويستخدم في تتبع وصول الدواء لاماكنه داخل الجسم الحي . ويستخدم في المفاعلات المولدة للوقود النووي breeder reactor

* (نظير ذري 233) قابل أيضا للانشطار بالنوترونات ويمكن استخدامه في المفاعلات الذرية التي تعمل بغاز الهيليوم المولدة للحرارة العالية Thermal nuclear reactor ،

* (نظير ذري 234) ويتواجد كشوائب داخل الخام.

في حالة استخدام اليورانيوم في الأغراض السلمية يجب أن لا تتعدى نسبة اليورانيوم المخصب عن 4 بالمائة. وعامل التحفيز النيوتروني يجب أن يكون أقل من الواحد أما في حالة استخدامه في الحالات التفجيرية يجب أن يصل نسبة اليورانيوم المخصب إلى 80 بالمائة وعامل التحفيز النيتروني يجب أن يكون أكبر من الواحد، حيث إن عامل التحفيز النيتروني هو عدد النيترونات المستخدمة في انشاء سلسلة التفاعلات chain reaction في المفاعل النووي.


* يستخدم اليورانيوم في التطبيقات العسكرية في ما يسمى بالقاذفات الخارقة حيث يتم استعمال اليورانيوم المستنزف الذي يستطيع تدمير الاهداف المدرعة عند السرعات العالية. لهذه الشظايا اثر سلبي على البيئة كما حدث في أحداث حرب الخليج ( متلازمة حرب الخليج).
* يستعمل اليورانيوم المستنزف أيضا كدرع واقي لبعض الحاويات المحتوية على مواد اشعاعية.
* يستخدم أيضا في جهاز حفظ التوازن في الطائرات بفضل وزنه الثقيل.
* يعد اليورانيوم وقودا ممتازا في المنشأت التي تعمل بالطاقة النووية.
* كما أن خواص اليورانيوم المشعة ونصف عمر العينة يجعله مناسبا لتقدير عمر الصخور النارية.

 

[The Hero]

النيتروجين (أو الآزوت) هو عنصر كيميائي في الجدول الدوري له الرمز N والعدد الذري 7 (يسمى في الترجمات الحديثة النَشْيَن، على وزن فَعْلَن من النَشَا أي نسيم الريح الطيبة، ذلك أنه المكون الرئيسي للهواء، رمزه الكيميائي العربي ن). وهو عديم اللون والطعم والرائحة ، وهو عادة غير نشط وعلى شكل غاز في درجة الحرارة وقياس الضغط القياسيين ، كما أنه لا فلز ويكون على شكل جزيء من ذرتين. يشكل النيتروجين 78 بالمائة من الغلاف الجوي للأرض كما أنه يدخل في تركيب جميع الأنسجة الحية. كما يشكل العديد من المركبات المهمة كالأمونيا (النشادر) وحمض النيتريك والسيانيد.ويستعمل أيضا في صناعة الاسمده.

النيتروجين من اللا فلزات ، وبسالبية كهربائية مقدارها 3.0 ، لديه خمسة إلكترونات في الغلاف الإلكتروني الخارجي ، وهو ثلاثي التكافؤ في معظم مركباته. النيتروجين النقي غير نشط كيميائيا ، عديم اللون ، جزيئه ثنائي الذرات في درجة حرارة الغرفة ، يتكثف بدرجة حرارة 77 كالفن ويتجمد بدجة 63 كالفن. والنيتروجين السائل شائع لدراسة تأثير درجات الحرارة المنخفضة على الكائنات الحية.

أوسع استخدام تجاري للنيتروجين هو كجزء في عملية تصنيع النشادر (الأمونيا) باستخدام عملية هابر. وتستخدم الأمونيا بعدها لإنتاج الأسمدة وحمض النيتريك. ويستخدم النيتروجين كمادة غير نشطة في أجواء خزانات السوائل القابلة للانفجار، وأثناء تصنيع الأجزاء الإلكترونية كالصمامات الإلكترونية (ترانزيستورات) والدايود والدوائر المتكاملة، كما يستخدم في صناعة الفولاذ الذي لا يصدأ (Stainless Steel).​

 

[The Hero]

ويستخدم النيتروجين السائل كمبرد للمنتوجات الغذائية، إما بالغمر أو لأغراض النقل لحفظ الأجسام والخلايا التكاثرية كالحيوانات المنوية والبويضات الإنثوية، وللتخزين الآمن للعينات الحيوية. كما أنه يستخدم في دراسات حفظ الأجسام الحية. ويتم الحصول على النيتروجين السائل بعملية التقطير للهواء السائل.

أملاح حمض النيتريك تشمل بعض المركبات المهمة، على سبيل المثال نترات البوتاسيوم الذي يدخل في تركيب البارود و نترات الأمونيوم الذي يدخل في تركيب الأسمدة ومخصبات التربة. المركبات العضوية التي يدخل فيها النيتروجين ، كالنيتروجليسرين والترينيترولولين تكون قابلة للانفجار عادة.

يستخدم حمض النيتريك كعامل أكسدة في الصورايخ التي تعمل بالوقود السائل، فالهايدرازين ومشتقاته تستخدم في وقود الصواريخ.النيتروجين من اللأتينية nitrumواليوناينة Nitron لفظة تعني الصودا الأصيلة، أصل أو يشكل ،ويعتبر وعلى نطاق واسع ان مكتشفها هو دانييل رذرفورد عام 1772، الذي أسماها الهواء الضار (؟) noxious air، أو الهواء المحروق (؟)'phlogisticated air .وكان من المعروف لدى الكيميائيين وجود جزء من الهواء لا يحترق منذ نهايات القرن الثامن عشر. وكان العالم كارل ويلهلم شيل والعالم هنري كافنديش وجوزيف بريستلي الذي أسماه بالهواء المحروق ، يدرسون غاز النيتروجين في ذات الفترة تقريبا ، وكان يعتبر غير نشط لدرجة أن أنطون لافوزييه أطلق عليه تسمية الآزوت والتي تعني "بلا حياة".​