عدد ذري

توضيح العدد الذري، والكتلة الذرية.

الجدول الدورى موضحاً العدد الذرى

العدد الذري أو الرقم الذري (Z) (بالإنجليزية: Atomic number) هو مصطلح يستخدم في الكيمياء والفيزياء ليمثل عدد البروتونات الموجودة في نواة الذرة. في الذرة المتعادلة الشحنة، يكون عدد الإلكترونات مساو للعدد الذري.

و يمثل العدد الذري عدد العناصر الموجودة في الجدول الدوري. حينما قام مندليف بترتيب العناصرالكيميائية المعروفة طبقا لتماثلها في الخواص الكيميائية لوحظ أن ترتيبها طبقا للكتلة الذرية قد أدى لحدوث بعض الاختلافات. اليود والتيلوريم، لو تم ترتيبه طبقا للكتلة الذرية فسيكون مكانهم خطأ، ولكن عند ترتيبهم طبقا للرقم الذري أدى ذلك لتطابق خواصهم الكيميائية مع الترتيب.

• العدد الذري يساوي 1 للهيدروجين حيث تحتوي نواته على 1 بروتون،
• و الهيليوم له العدد الذري 2 وفي نواته توجد 2 من البروتونات (و2 من النيوترونات)،
• ثم يأتي الليثيوم في الجدول الدوري وتوجد في نواته 3 بروتونات (فعددة الذري 3) بالإضافة إلى 4 نيوترونات، * وهكذا يزداد العدد الذري للعناصر.

بجانب العدد الذري Z الذي هو عدد البروتونات، يهمنا في الكيمياء والفيزياء أيضا الكتلة الذرية A وهي مجموع البروتونات والنيوترونات في النواة الذرية ، تسمى A عدد الكتلة.

وقد لوحظ أن تساوي أعداد البروتونات وأعداد النيوترونات يعمل على استقرار النواة، وعل الأخص بالنسبة لأول 20 عنصر في الجدول الدوري. بعد ذلك تحتاج النواة إلى مزيد من النيوترونات للإبقاء على استقرار النواة وذلك لمعادلة قوي التنافر المتزايدة بين البروتونات . إذا لم تكن النواة مستقرة فهي تكون ذات نشاط إشعاعي. وقد نجد من بين النظائر المختلفة لعنصر، ما هومستقر أو غير مستقر، فمثلا الكربون-12 يكون مستقرا أما كربون-14 فهو مشع غير مستقر.

بصرف النظر عن كون العنصر مشعا أم غير مشع، فقد بدت أن تغيرات في أطياف العناصر الخفيفة والعناصر الثقيلة، توحي بأن تلك التغيرات يتزايد تأثيرها بتزايد العدد الذري Z. و قد تم تفسير هذه الاختلافات أخيرا بواسطة هنري موزلي في عام 1913. فقد قام موزلي بمشاهدة خطوط الطيف الصادرة من ذرات مثارة ووجد أنها تتفق مع نموذج بور للذرة وفي كون أن تردد خطوط الطيف للعناصر المختلفة تتناسب طرديا مع مربع Z.

قام موزلي بقياس طول الموجة للفوتونات الصادرة من الأغلفة الذرية التحتية للألمونيوم (خطوط الطيف K و L) حيث Z = 13 وقارنها بخطوط الطيف للذهب Z =79 . . ووجد أن الجذر التربيعي لتردد الفوتونات الصادرة تزداد بالانتقال من عنصر إلى عنصر بطريقة خطية. وقد أوصل هذا موزلي إلى قانونه المسمى قانون موزلي أن العدد الذري يؤول بطريقة مباشرة إلى شحنة النواة الذرية المحسوبة، أي إلى عدد البروتونات Z. كما بين موزلي أن مجموعة اللانثانيدات (من لانثانيد إلى عنصر لوتيشيوم) لا بد وأن تشمل 15 عضوا (لا أقل ولا أزيد)، وكان ذلك في هذا الوقت بعيدا عن تفكير الكيميائيين.

الرقم الذري يتناسب تناسبا طرديا إلى حد كبير مع عدد الكتلة (و يجب عدم الخلط بينهما) والذي يمثل عدد البروتونات والنيوترونات في نواة الذرة. عدد الكتلة غالبا ما يأتي بعد اسم العنصر، فمثلا كربون-14 (والذي يستخدم لحساب الزمن بالكربون المشع) واليورانيوم-235 واليورانيوم-238.

تشير الظواهر الفلكية والعلوم الفيزيائية إلى أن الكون بدأ أولا في هيئة غمامة شديدة السخونة من الهيدروجين بنسبة نحو 75% والهيليوم (نحو 23 %) . وبعد تجمعهما تكوّن منهما نجوم وتجمعات نجوم، حيث ارتفعت درجة حرارة النجم النشأ تحت فعل تزايد الكتلة وتزايد الجاذبية حتى أصبحت كافية لإشتعال تفاعل نووي فيه. يتسم هذا التفاعل ب اندماج نووي يتم فيه التحام ثلاثة أو أربعة ذرات هيدروجين فينتج منهم الهيليوم. ومن اندماج الهيليوم بالهيدروجين والهيليوم مع الهيليوم نتجت العناصر الأثقل من ذلك شيئا فشيئا. أي طبقا لنظرية الانفجار العظيم ونظرية تكوّن النجوم فقد تكونت كل العناصر الموجودة في اللجدول الدوري سابقا في قلوب النجوم من عنصري الهيدروجين والهيليوم.

الخواص الكيميائية

لكل عنصر مجموعة من الخواص الكيميائية والتي تعتمد على عدد الالكترونات المتواجدة في الذرة المتعادلة، ويرمز له Z. ويتبع ترتيب هذه الالكترونات مبادئ ميكانيكا الكم. ويمثل عدد الالكترونات في كل مدار إلكتروني للعنصر -وخصوصاً المدار الخارجي - العامل الرئيسي في تحديد سلوك التآثر لذلك العنصر. لذا فإن العدد الذري هو الوحيد الذي يحدد الخواص الكيميائية للعنصر، فهو الذي يحدد عدد الإلكترونات في الغلاف الذري، ولهذا السبب يمكن تعريف العنصر بأنه يتحوي على ذرات بعينها أو يحتوي على مزيج من نظائر هذا العنصر. (أنظر عدد الكتلة)

عناصر جديدة

يتم الاعتماد على الأعداد الذرية عند التقصي عن عناصر جديدة، ففي عام 2010 تم تعيين الأعداد الذرية 1 إلى 118. وتتم عملية إنتاج عناصر جديدة عن طريق قصف ذرات العناصر الثقيلة بالأيونات، كأن يكون حاصل جمع العدد الذري للعنصر والأيون مساوياً للعدد الذري للعنصر الجديد. وبشكل عام فإن عمر النصف يصبح أقصر بزيادة العدد الذري، لذا فقد تتواجد جزيرة الثبات لنظائر غير مكتشفة لأعداد معينة من البروتونات والنيوترونات.