بعض أسرار الذرة

[الخليل الجزائري]

تابع

الطبّ محرابٌ للإيمان

تأليف الطبيب خالص جلبي كنجو رسالة أعدت لنيل لقب

دكتور في الطب

نظراً لأن البحث الذي نخوض فيه يجب أن يكون متكاملاً ولا يشعر القارىء ان فيه فجوات ولذا فلابد من عرض نقطة البحث الاساسية وهي تكوين الكون بالاصل الذي يقوم على قاعدة الذرة حيث ان بناء الذرة بالذات معجز ومحير ، استطاع العلماء أن يضعوا له شكلاً رسموه في اذهانهم وتحقق فعلياً عندما حدثت ظاهرة انشطار ( انفلاق ) الذرة ولكن نتائج ذلك مع الاسف كانت مع خط التخلف الفكري البشري الذي تمثل في ظاهرة التدمير والحرب التي لا تبقي ولا تذر فكان القاء القنابل الذرية وتطوير السلاح النووي ..

الـذرة

بناؤها ـ وزنها ـ أبعادها

مع فكرة عن الجدول الدّوري التضيف العناصر

لمندلييف

الذرة هي أصغر جزء في الكون وقد سميت باللغة الأجنبية Atom أي الجزء الذي لا يتجزأ ، وقد كان يظن في القديم أنها اصغر شيء وهي جزء واحد لكل العناصر ، ولكن العلم الحديث وجهود العلماء التي بذلت في القرن الحالي استطاعا أن يصلا إلى تحديد أساسي جوهري لبنية الذرة . فلقد وجدوا ان الذرة بتركيبها هي أقرب ما تكون للنظام الشمسي ، فهي تتكون من الناحية المبدئية من ثلاثة أجزاء : في المركز يتوضع البروتون وهو ذو شحنة ايجابية ومعه النترون وهو ذو شحنة حيادية وهناك في المدارات الخارجية تتوضع الالكترونات وهي ذات شحنة سلبية ، وعدد البروتونات الموجودة في النواة تساوي عدد الاكترونات المتوضعة في المدارات الخارجية ، وهكذا تتوازن الذرة من الناحية الكهربائية ، وأما وزن الذرة فهو يتوقف بشكل أساسي على البروتون والنترون ، حيث يوازي النترون من ناحية الوزن البروتون ويشكل معه الوزن الأساسي للذرة . ولقد وجد أن وزن البروتون هو 1,6×10 ـ24 غرام ، أي أن الغرام الواحد من الناحية الوزنية يساوي مليون مليار مليار مرة ، أو بكلمة أخرى أن وزن البروتون هو جزء من مليون مليار مليار من الغرام على وجه التقريب ، والنترون ذو الشحنة الحيادية يقترب بالوزن من وزن البروتون ، ولذا يشكل مع البروتون كما ذكرنا وزن الذرة . أما الاكترون فهو أخف من البروتون بكثير وان كان يعادله من ناحية الشحنة الكهربائية ، فوزن البروتون يساوي 1837 مرة وزن الالكترون ؛ ولذا فان الأخير ذو وزن صغير جداً إذا قيس بالبروتون ، وأما الشحنة الكهربائية للالكترون أو البروتون المتعادلين فهي تساوي 1,6 × 10 ـ19كولون ( وحدة من وحدات الشحنات الكهربية ) ، وأما من ناحية الأبعاد فالذرة تشبه شكلاً كروياً ، وقطرها ضئيل يعادل الانغستروم ( 10 ـ8 سم ) أي جزء من مائة مليون من السنتمتر ، ولكن العجيب يكمن في ان قطر النواة هو من رتبة 10 ـ12سم أي أصغر من قطر الذرة بـ 10 آلاف مرة ، بحيث لو اننا كبرنا على سبيل المثال ذرة الهيدرجين مليار مرة فان الذرة تصبح كرة يبلغ قطرها قدمين ، ولكن الكتلة الذرية أي النواة ستجتمع ( بروتونات ونترونات ) بشكل حبة الرمل في مركز الكرة والسبب في هذا يعود إلى الفراغ الهائل في تكوين الذرة ما بين البروتونات والالكترونات ، وهو كما ذكرنا ينوف على 10 آلاف مرة وهو في الحقيقة أمر يدعو إلى الدهشة والحيرة في أسرار الذرة وألغازها التي كشف القرن الحالي عنها .
ونضرب مثلاً على ذلك فنقول : لو أن عشرة ملايين ذرة اجتمع بعضها بجانب بعض ، فإنها تبلغ طولاً قدره مليمتر واحد فقط ، والغريب هو فيما يسمى بعدد افوغادرو أو الذرة الغرامية فما هي يا ترى أعداد الذرات في غرام واحد من الهيدروجين مثلاً ؟ . يقول العلماء انهم توصلوا إلى حساب عدد الذرات الموجودة في غرام واحد من الهيدرجين بطرق متعددة ومعقدة ، وكلهم اتفقوا على رقم واحد هو 6,2 × 10 23أي إذا أردنا أن نسميه فنقول إن غراماً واحداً من الهيدرجين فيه 600 ألف مليار مليار ذرة ، وهو عدد يجعل الرأس يدور ويعجز عن التخيل والتصديق وخاصة إذا ضربنا هذا المثل : وهو لو اننا وضعنا هذه الذرات جانب بعضها بعضاً في خط مستقيم فكم سيكون طول الخط الذي ستشكله هذه الذرات من غرام واحد فقط من الهيدرجين ؟ إن هذا الخط سيكون بطول 400 ضعف عن الطول الممتد ما بين الشمس والارض والذي هو 93 مليون ميل لأن الخط هو 60 مليار من الكيلومترات وهم رقم محير فعلاً ..
وأما الألكترونات ذات الشحنة السلبية والتي تتوزع في المدارات الخارجية فهي تدور حول النواة ولكن بأي شكل يا ترى ، لقد اختلف العلماء في هذا الصدد ابتداء من الذين اكتشفوا المعطيات الأولى للذرة ومن جملتهم رذرفورد وبور ، وأخيراً هايزنبرغ الالماني حيث استطاعوا أن يصلوا إلى تفسير يعتبر عجيباً في حد ذاته عن دوران الالكترون حول البروتون ، فقالوا إنه لا يمكننا بالضبط أن نعرف في لحظة معينة أين يوجد الالكترون في دورانه حول البروتون ، قد نقول إنه يحتمل في لحظة ما أن يكون احتمال وجوده أكثر في نقطة دون أخرى ، أما تعيين ذلك بالضبط فهو غير ممكن ، ولنسمع إلى طرف من أقوالهم في هذا الصدد وهو مبدأ عدم التأكد . يقول هايزنبرغ : إن معلوماتنا في لحظة معية عن مكان أي جسم مادي صغير وحركته ليست دقيقة تماماً ، أي أن هنالك شكاً في صحتها يزداد كلما كان الجسم أصغر ، وهذا الشك جزء من طبيعة الاشياء ، ولا علاقة له بتاتاً بخواص الجهاز المستعمل للفحص أو القياس ، وبالتالي فإنه لا يوجد أي واسطة للتخلص منه ، وهو موجود في جميع القياسات إنما يصبح واضحاً ويجب أخذه بعين الاعتبار فقط في حالة الاجسام الصغيرة جداً (1) ) ..
وهكذا يمكن القول أن الإلكترون لا يتبع مساراً معيناً محدداً في حركته حول النواة ، بل هو حر في أن يتحرك في كل الفراغ المحيط بالنواة ، وكل ما نستطيع معرفته هو احتمال (2) وجود الالكترون في مكان معين في لحظة معينة ، ولذلك فإن سلوك الالكترون يعين كتابع احتمال باللغة الرياضية .
والعجيب يكمن في سرعة دوران الالكترون حول النواة التي لا يعادلها شيء سوى سرعة الضوء وهي فعلاً محيرة ولا يمكن تصورها بل يمكن تعقلها فقط . حيث أن سرعته ان رتبة قطر الذرة كما قلنا هو 10 ـ8 سم أي جزء من مائة مليون من السنتمتر ، لقد وجد ان سرعة دورانه هي 1% من سرعة الضوء ، والمعلوم أن سرعة الضوء هي 300 الف كم في الثانية الواحدة ، فتكون سرعة دوران الالكترون في الثانية الواحدة حول النواة هي ثلاثة آلاف كيلومتر ، وهو فعلاً رقم محير ومدهش لمن يقف
____________
(1) عن كتاب الكيمياء العامة واللاعضوية للدكتور موفق شخاشيرو .
(2) هذا يذكرنا بقول الله تعالى : « وعنده مفاتح الغيب لا يعلمها إلا هو » حيث عجز العلماء عن التحديد كما ترى فهو غيب مع ان الامر في قاعدة بناء الكون .

ويتأمل أسرار الكون والحياة ، حيث يضج كله بالحياة والحركة في صورة دوران الالكترون حول النواة ، ولذا يمكن تصور الالكترون كغمامة مشحونة سلباً تختلف كثافتها من نقطة لأخرى ولكنهما تزداد في المناطق التي يكون وجود الالكترون فيها اكثر احتمالاً كما ذكرنا ..

ولقد وجد أن أبسط ذرة في الكون هي ذرة الهيدرجين ، لأن النواة تحمل بروتوناً واحداً ، والمدار الخارجي منه الكترون واحد ، وبتدرّج بناء الذرات بشكل عجيب محير ، حيث يزداد بناء الذرة بروتوناً بروتوناً ، والمثل على ذلك الهليوم حيث يوجد في النواة بروتونات ، ثم الليتيوم حيث يوجد ثلاثة ثم البريليوم حيث يوجد أربعة ثم البور خمسة ثم الفحم ستة ثم الآزوت سبعة ، اكسجين ثمانية ، فلور تسعة ، نيون عشرة ، صوديوم أحدى عشرة ، مغنزيوم اثنتا عشرة ، وهكذا يتدرج حتى يصل إلى معدن اللانتانيوم حيث له سلسلة خاصة تمتد من رقم 57 ـ 71 أي 57 بروتون ، وباضافة واحد ثم واحد تدريجياً حتى نصل إلى معدن له 71 بروتون . ( نحن نذكر البروتون فقط لأن الوزن لا يتعين فقط كما ذكرنا بالبروتون بل مجموع البروتونات والنترونات ذات الشحنة الحيادية ) ثم يتدرج أيضاً حتى الرقم 89 في عنصرالاكتانيوم حيث له سلسلة خاصة تمتد من 89 ـ 103 ، وهذا الترتيب العجيب جعل الكيماوي الروسي مندلييف يكتشف الجدول الدوري للعناصر الموجودة في الطبيعة ، وكانت نقطة تحول هامة في فهم العناصر وترتيبها فهي موجودة وفق قانون وليس خبط عشواء كما دحضنا سابقاً فكرة الصدفة ، فالذرات لمن يراها يتصور مهندساً يرتب الذرات فيضيف الى السابقة بروتوناً جديداً وعدداً معيناً من النترونات فإذا هو عنصر جديد له مواصفات جديدة وخواص جديدة ، فالهليوم كما ذكرنا فيها اثنان من البروتونات ويأتي بعده الليتيوم وهو عنصر معدني بينما الأول هو غاز من الغازات الخاملة ، بينما الليتيوم يعتبر من المعادن النشيطة فما الذي حدث ؟ ان هذا لا يقول عنه العلم شيئاً ..

ثم نأتي لنرى كيف تلعب النترونات الدور المهم في اعطاء الوزن الذري لكل عنصر ، فنحن كما ذكرنا نجد ان وزن الهيدرجين يأتي من وزن النواة حيث يوجد فيه بروتون واحد فوزنه الذري واحد والهليوم وزنه الذري 4 وليس 2 لأن فيه بروتونات 2 ونترونات 2 ، واما الليتيوم فوزنه الذري 6 وليس 3 لأنه فيه 3 بروتونات و3 نترونات ، وأما البريليوم فوزنه الذري 9 لأن فيه بروتونات 4 ونترونات 5 ، وهاك أمثلة على ذلك : ( بور B الوزن 10 P=5 N= 5 ، فحم C =12 ( 6N+ 6N ) ، آزوت N14 (7N+7N ) وهكذا ... الخ ) والعجيب في هذا التصنيف الدوري الذي اكتشفه مندلييف انه استطاع أن يحدد عناصر لم تكن مكتشفة بعد ، لأن ترتيب الجدول الذري يجعل هناك نوعاً من القفزات أو الفجوة ما بين عنصر وآخر في الوزن الذري وعدد البروتونات ، مما حدا بمندلييف أنا يتنبأ بأن هذا القانون يحتم وجود عناصر جديدة لم تكتشف بعد ، وفعلاً اكتشف بعد ذلك وهي الكانديوم والجرمانيوم والفاليوم وتكنتيوم والاستاتين والفرانسيوم والبروميتوم .. وكان هذا دليلاً كبيراً على الدقة والروعة في بناء الكون وتدرجه واحكام عناصره .
بقي علينا بعد أن أخذنا هذه الفكرة المجملة عن تركيب الذرة وعناصرها الأساسية التي هي البروتون والنترون والالكترون وكيف تتوزع هذه العناصر كما تعرفنا على الأوزان والشحنة الكهربية وكيف يدور الالكترون وسرعته ، بقى علينا أن نعرف كيف تتوزع الالكترونات في المدار الخارجي الذي يحيط بالنواة ..
كما ذكرنا ان عدد الالكترونات يجب أن يساوي عدد البروتونات الموجودة في النواة حتى تتزن الذرة كهربياً وذلك لتعادل الشحنات الكهربية حيث لا تؤثر النترونات على التوازن الكهربي باعتبارها حيادية وان كانت توثر الأخيرة في الوزن الذري للجوهر .. ان الالكترونات لا تتوزع في مدار واحد بل في عدة مدارات رمز لها باحرف ك . ل . م . ن . K . L . M . N ولقد وجد ان هناك قانونين يحكمان توزع الالكترونات في المدارات الخارجية ، الأول : وهو النظام الثماني حيث أن الذرة يلزم لاستقرارها الخارجي أن يكون في المدار الأخير ثمانية الكترونات ، فإذا لم يوجد هذا العدد عمدت إما إلى طرح الألكترونات الخارجية أو أخذ الكترونات حتى يكتمل الاتزان الخارجي ؛ والمثال على ذلك الفلور وهو غاز ، فالنواة فيها 9 بروتونات و 10 نترونات فيكون الوزن الذري 19 وفي المدار الخارجي في الطبقة الاولى كـ K يوجد الكترونات وفي الطبقة الثانية يوجد 7 الكترونات فيكون مجموع الالكترونات تسعة وهي تعادل عدد البروتونات الموجودة في النواة ، وهكذا يحصل اتزان الذرة من الناحية الكهربية ، ولكن كما أسلفنا من ناحية نظام الثماني يوجد من الناحية الكهربية ، ولكن كما أسلفنا من ناحية نظام الثماني يوجد في المدار الأخير 7 الكترونات ، ولذا فانها تحتاج إلى الكترون جديد حتى يتزن العنصر من ناحية التعامل الخارجي ، ولذا يأخذ الكترون وتصبح شحنة هذا الغاز سلبية وذلك لأن عدد الالكترونات أصبح 10 بينما البروتونات تسعة ولذا رجحت كفة الالكترونات بواحد وهكذا أصبحت شحنة هذا الغاز سلبية وبقدر شحنة واحدة .
وهكذا تسير الأمور في كل الذرات .. وأما القانون الثاني فهو أن عدد الالكترونات في كل طبقه من المدارات تتوزع وفق القانون 2 ن 2 2 N 2 حيث يرمز N إلى رقم الطبقة ، وهكذا نجد أن الطبقة الأولى فيها الكترونات ( 2 × 1 2 = 2 ) والطبقة الثانية فيها ثمانية الكترونات ( 2 × 2 2 = 8 ) والطبقة الثالثة فيها 18 ( 2 × 3 2 = 18 ) والرابعة 32 ( 2 × 4 2 = 32 ) وهكذا يسير هذا القانون الذي يحكم نظام الذرة المدهشة ..
وهكذا نجد أن بناء الذرة بناء فذ مدهش يتدرج من الهيدروجين حتى اللورانسيوم ، فيكون المجموع العام للعناصر الموجودة في الكون هي 103 عنصر منها المعادن ومنها أشباه المعادن ومنها الغازات ومنها العناصر المشعة ومنها غير المشعة وهي تتدرج بشكل عجيب بإضافة بروتون الى الذي يسبقه وعدد من النترونات جديد فيتشكل عنصر جديد يختلف عن الذي يسبقه اختلافاً جوهرياً من ناحية التفاعلات والخواص مع أن الوحدة الأساسية للبناء هي البروتون والنترون والالكترون لكل العناصر الموجودة في الكون . وهنا نتساءل كما ذكرنا ، فمثلاً عنصر النيون فيه من البروتونات 10 والنترونات 10 فيكون الوزن الذري عشرين وبعده مباشر ، يأتي عنصر الصوديوم وعدد البروتونات فيه 11 والنترونات 12 فيكون الوزن الذري 23 فما الذي أدى ( مع هذا الفارق البسيط بين الاول والثاني ) إلى أن يكون الأول غازاً والثاني معدناً والأول غازاً خاملاً والثاني معدناً نشيطاً ؟. من الذي منح الصفة وهذه الخاصة ليفرق الثاني عن الأول مع أن الثاني يأتي مباشرة بعد الأول ، ولا يفرق عنه إلا ببروتون واحد فقط وباثنين من النترونات ؟؟ بالطبع لن يستطيع العلم أن يجيب على هذا السؤال !.
وختاماً لهذا البحث سوف نورد مثلاً ظريفاً لأخذ فكرة مبسطة عن الذرة أورده أحد العلماء هو ستورمر ، تخيل هذا العالم الكون الحالي ثم أراد أن يكبر الحجم للموجودات مع المحافظة على النسبة الكائنة بين الأبعاد وذلك لتصور القياس الذري وصعوبة إدراكنا لذلك فقال :
لنكبر الحاجيات 100 مرة في البدء يصبح الرجال مردة ، فتصل قامتهم إلى ما يعادل نصف برج إيفل ، ونصبح النحل حيوانات مخيفة لها أبعاد الثيران ، وإن الشعرة التي سمكها 10/1 ملم تصبح حبلاً سميكاً من رتبة 1 سم ، ثم لنتخيل أننا نستطيع تكبير هذا العالم الجديد 100 مرة أيضاً أي أن العالم الأولي يكون قد كبر 10,000 مرة فيصبح بعد الرجال بعد الجبال الشاهقة التي يتراوح ارتفاعها ما بين 15 و20 كم متر ، كما وأن النحلة يصبح بعدها مئات الأمتار ، وتصل سماكة الشعرة إلى واحد متر كما وإن الجراثيم الصغيرة التي لم تكن أبعادها تذكر في العالم القديم نظراً لصغرها والتي هي من رتبة جزء من ألف من الميلمتر يصبح لها بعد مساو لسنتمتر واحد ، ثم لنمدد هذا العالم الحاصل 100 مرة أخرى أي يكون قد مدد العالم الأولي مليون مرة حيث يصبح قطر الشعرة مساوي إلى 100 متر وتصبح الجراثيم كائنات من رتبة متر واحد ، غير أن بعد الذرات لا يزال في هذا العالم الخيالي صغيراً جداً ولا يتجاوز عشر المليمتر ، ثم لنعمل تمديداً أخيراً بحيث أن العالم الأولي يمدد 100 مليون مرة ، عندئذ تصبح ذرة الهيدروجين واضحة وقطرها مساو لسنتمتر واحد تقريباً ، وفي ذات الوقت تصبح سماكة الشعرة مساوية الى 10 كم وتصبح الجراثيم وحوشاً هائلة من رتبة 100 متر ، وأما البشر (1) ؟!!
ونختم البحث برسم توضيحي مبسط للجدول الدوري للعناصر الذي تناولناه فيما سبق حتى يكتمل البحث :

الرقم العلوي للعنصر يرمز الى عدد البروتونات الموجودة في النواة ، والرقم السفلى يشير الى الوزن الذري على وجه التقريب بدون كسور ..
يتبع

____________

(1) عن كتاب الكيمياء العامة لادوار خوري بتصرف .