ما هو العدد الذري؟ شرح مبسط لمفهوم أساسي في الكيمياء. اكتشف كيف يحدد العدد الذري هوية العنصر وخصائصه الكيميائية. تعرف على العلاقة بين العدد الذري والجدول الدوري، واهمية هذا المفهوم في فهم بنية المادة.
تُعتبر الذرة اللبنة الأساسية التي تتكون منها كل المادة في الكون، باستثناء الطاقة النقية. هذا يعني أن كل شيء من أصغر جسيم إلى أكبر مجرة يتكون من تجمُّعات مختلفة من الذرات. وبما أن العناصر الكيميائية هي ببساطة أشكال مختلفة من المادة، فإن كل عنصر يتكون من نوع معين من الذرة. تتكون الذرة نفسها من ثلاثة جسيمات دون ذرية أساسية: البروتونات والنيوترونات والإلكترونات.
تتركز البروتونات والنيوترونات في مركز الذرة مكونةً نواةً كثيفة تحمل معظم كتلة الذرة، بينما تدور الإلكترونات حول هذه النواة في مدارات محددة. على الرغم من صغر حجمها، فإن الذرة متعادلة الشحنة كهربائياً، وذلك لأن الشحنة الموجبة للبروتونات تُعادل تماماً الشحنة السالبة للإلكترونات. ولتحقيق هذه التعادل، يكون عدد الإلكترونات في الذرة مساوياً لعدد البروتونات فيها. أما النيوترونات فهي جسيمات متعادلة الشحنة، وعادة ما يكون عددها مساوياً لعدد البروتونات في النواة، ولكن هذا ليس شرطاً دائماً، فبعض الذرات تحتوي على عدد مختلف من النيوترونات، مما يؤدي إلى وجود نظائر مختلفة لنفس العنصر.
الجدول الدوري
الجدول الدوري، هذا الإنجاز العلمي العظيم الذي وضعه العالم الروسي ديمتري مندلييف، يمثل خارطة طريق شاملة لعالم العناصر الكيميائية. فهو يرتب هذه العناصر بمنطقية شديدة، حيث تزداد أعدادها الذرية – أي عدد البروتونات في نواتها – بشكل تدريجي عند الانتقال من اليسار إلى اليمين ومن أعلى إلى أسفل في الجدول. هذا الترتيب ليس اعتباطيًا، بل يعكس تزايد الكتلة الذرية للعناصر أيضًا، مما يؤكد وجود علاقة وثيقة بين التركيب الداخلي للذرة وخصائص العنصر الكيميائي.
تُسمى الصفوف الأفقية في الجدول الدوري “دورات”، وهي تشير إلى مستوى الطاقة الرئيسي الذي يشغله الإلكترون الخارجي في ذرات العناصر الموجودة في تلك الدورة. أما الأعمدة الرأسية فتسمى “مجموعات”، وتضم عناصر ذات خصائص كيميائية متشابهة. فمثلاً، جميع الغازات النبيلة، التي تتميز باستقرارها الكيميائي الشديد، تقع في المجموعة الثامنة.
يتجاوز دور الجدول الدوري مجرد ترتيب العناصر، فهو يزخر بمعلومات قيمة عن كل عنصر على حدة. فكل مربع في الجدول يحوي رمز العنصر، الذي يمثل اختصارًا لاسمه، وعددًا ذريًا يعكس عدد البروتونات والإلكترونات في الذرة المتعادلة، وكتلة مولية تمثل متوسط كتلة مول واحد من ذرات العنصر. هذه المعلومات، وغيرها الكثير، تجعل الجدول الدوري أداة لا غنى عنها للكيميائيين والباحثين في مختلف المجالات العلمية، حيث يمكنهم من خلاله فهم خصائص العناصر وتوقع تفاعلاتها الكيميائية.
ما هو العدد الذري؟
بعد أن توصل العلماء إلى فهم أساسي لبنية الذرة، أصبح من الواضح أن كل عنصر كيميائي يتميز بعدد محدد وفريد من البروتونات في نواته، ويُطلق على هذا العدد “العدد الذري”. هذا العدد، الذي يرمز له بالرمز Z، هو بمثابة بصمة إصبع فريدة لكل عنصر، تحدد هويته وخصائصه الكيميائية. تتراوح الأعداد الذرية للعناصر المعروفة حاليًا من 1 للهيدروجين، وهو أبسط العناصر، إلى 118 للأوغانيسون ورمزه Og، وهو أثقل عنصر تم اكتشافه حتى الآن. يرتب الجدول الدوري للعناصر الكيميائية هذه العناصر تصاعديًا وفقًا لأعدادها الذرية، مما يعكس العلاقة الوثيقة بين العدد الذري وخصائص العنصر.
فكلما زاد العدد الذري، زاد عدد الإلكترونات التي تدور حول النواة، وبالتالي تتغير توزيع هذه الإلكترونات في المدارات الذرية، مما يؤثر بشكل كبير على حجم الذرة وسالبيتها الكهربائية وطاقتها التأين وغيرها من الخصائص الفيزيائية والكيميائية. وعلى الرغم من أن العدد الذري يحدد الهوية الأساسية للعنصر، إلا أن عدد الإلكترونات في الغلاف الخارجي للذرة، المعروفة بإلكترونات التكافؤ، يلعب دورًا حاسمًا في تحديد نوع الروابط الكيميائية التي يمكن للعنصر أن يشكلها وكيف يتفاعل مع العناصر الأخرى.
وذلك لأن إلكترونات التكافؤ هي التي تشارك بشكل مباشر في التفاعلات الكيميائية، حيث تسعى الذرات دائمًا إلى اكتساب أو فقدان إلكترونات لتصل إلى حالة الاستقرار الإلكتروني. وبعبارة أخرى، فإن العدد الذري يحدد هوية العنصر، بينما يحدد عدد إلكترونات التكافؤ سلوكه الكيميائي. وبما أن الذرة المتعادلة كهربائيًا تحتوي على عدد متساوٍ من البروتونات والإلكترونات، فإن العدد الذري يعادل أيضًا عدد الإلكترونات في الذرة. وبالتالي، فإن فهم العدد الذري يعتبر أساسًا لفهم بنية المادة وتفاعلاتها الكيميائية.