ما هي حاسبة الذرة؟
تحسب حاسبة الذرة أعداد الجسيمات دون الذرية الثلاثة — البروتونات والنيوترونات والإلكترونات — لأي ذرة أو أيون. كل ما تحتاجه هو العدد الذري للعنصر (\(Z\)) وعدده الكتلي (\(A\))، وبالنسبة للأيونات، الشحنة الكهربائية. إنها أداة عملية لطلاب الكيمياء والفيزياء الذين يدرسون التركيب الذري والنظائر.
كيفية الاستخدام
أدخل العدد الذري (\(Z\))، وهو الذي يميّز العنصر تمييزًا فريدًا ويساوي ترتيبه في الجدول الدوري. ثم أدخل العدد الكتلي (\(A\))، وهو مجموع عدد البروتونات والنيوترونات لذلك النظير تحديدًا. وأخيرًا أدخل الشحنة: استخدم القيمة 0 للذرة المتعادلة، وقيمة موجبة للكاتيون (مثل +2)، وقيمة سالبة للأنيون (مثل -1). ثم اضغط على زر الحساب لتظهر لك أعداد الجسيمات في الحال.
شرح المعادلة
تحكم تركيبَ الذرة ثلاث علاقات بسيطة:
البروتونات = \(Z\). يساوي العدد الذري دائمًا عدد البروتونات في النواة.
$$\text{Protons}=Z$$الإلكترونات = \(Z\) − الشحنة. تحتوي الذرة المتعادلة على عدد متساوٍ من البروتونات والإلكترونات. وفقدان الإلكترونات يمنح الذرة شحنة موجبة، ولذلك نطرح قيمة الشحنة.
$$\text{Electrons}=Z-q$$النيوترونات = \(A\) − \(Z\). يضم العدد الكتلي البروتونات والنيوترونات معًا، لذا فإن طرح عدد البروتونات يترك لنا عدد النيوترونات.
$$\text{Neutrons}=A-Z$$
مثال محلول
لنأخذ أيون الأكسيد O²⁻: للأكسجين عدد ذري \(Z = 8\)، وعدده الكتلي للنظير الشائع \(A = 16\)، وشحنته −2. إذن البروتونات = 8. والإلكترونات \(= 8 - (-2) = 10\). والنيوترونات \(= 16 - 8 = 8\). وبذلك يحتوي الأيون على 8 بروتونات و10 إلكترونات و8 نيوترونات.
أمثلة عملية إضافية
يستخدم كل مثال ثلاث علاقات متطابقة: البروتونات = Z، والنيوترونات = A − Z، والإلكترونات = Z − الشحنة (حيث الشحنة هي الإشارة والحجم الكلي للأيون).
-
الكربون-12 المحايد (Z = 6، A = 12، الشحنة = 0).
البروتونات = Z = 6.
النيوترونات = A − Z = 12 − 6 = 6.
الإلكترونات = Z − الشحنة = 6 − 0 = 6.لذا فإن الكربون-12 يحتوي على 6 بروتونات و6 نيوترونات و6 إلكترونات.
-
أيون المغنيسيوم Mg²⁺ (Z = 12، A = 24، الشحنة = +2).
البروتونات = Z = 12.
النيوترونات = A − Z = 24 − 12 = 12.
الإلكترونات = Z − الشحنة = 12 − 2 = 10.فقد الكاتيون إلكترونين، لذا فإنه يحتوي على 10 إلكترونات لكنه لا يزال يحتوي على 12 بروتوناً.
-
نظير الكربون-14 (Z = 6، A = 14، الشحنة = 0).
البروتونات = Z = 6.
النيوترونات = A − Z = 14 − 6 = 8.
الإلكترونات = Z − الشحنة = 6 − 0 = 6.يحتوي الكربون-14 على نفس 6 بروتونات مثل الكربون-12 لكن 8 نيوترونات — النيوترونات الإضافية تجعله نظيراً أثقل وإشعاعياً من نفس العنصر.
المصطلحات الأساسية الموضحة
- العدد الذري (Z)
- عدد البروتونات في نواة الذرة. يحدد العنصر بشكل فريد ويساوي عدد الإلكترونات في الذرة المحايدة.
- العدد الكتلي (A)
- العدد الإجمالي للبروتونات والنيوترونات في نواة نظير معين. وهو دائماً عدد صحيح (بخلاف متوسط الكتلة الذرية).
- الشحنة
- الشحنة الكهربائية الصافية للجسيم. صفر للذرة المحايدة، موجب عند فقدان الإلكترونات، وسالب عند اكتساب الإلكترونات.
- البروتون
- جسيم دون ذري موجب الشحنة موجود في النواة. يساوي عده العدد الذري Z.
- النيوترون
- جسيم دون ذري محايد كهربائياً في النواة. يتم العثور على عده من A − Z.
- الإلكترون
- جسيم دون ذري سالب الشحنة يحيط بالنواة. في الذرة المحايدة، يساوي عدد الإلكترونات عدد البروتونات.
- النظير
- ذرات من نفس العنصر (نفس Z) التي لها أعداد مختلفة من النيوترونات، وبالتالي أعداد كتلية مختلفة A — على سبيل المثال، الكربون-12 والكربون-14.
- الأيون
- ذرة أو جزيء يحمل شحنة كهربائية صافية لأنه اكتسب أو فقد إلكتروناً واحداً أو أكثر.
- الكاتيون
- أيون موجب الشحنة يتشكل عندما تفقد الذرة إلكترونات، لذا فإنه يحتوي على إلكترونات أقل من البروتونات (مثل Na⁺، Mg²⁺).
- الأنيون
- أيون سالب الشحنة يتشكل عندما تكتسب الذرة إلكترونات، لذا فإنه يحتوي على إلكترونات أكثر من البروتونات (مثل Cl⁻، O²⁻).
الأسئلة الشائعة
ماذا لو كانت الشحنة صفرًا؟ عندها يساوي عدد الإلكترونات عدد البروتونات (\(Z\))، كما هي الحال في الذرة المتعادلة.
لماذا قد يختلف عدد النيوترونات للعنصر نفسه؟ لأن نظائر العنصر المختلفة تشترك في العدد الذري \(Z\) نفسه، لكنها تختلف في العدد الكتلي \(A\)، مما يؤدي إلى اختلاف عدد النيوترونات.
هل يمكن أن تكون الشحنة موجبة؟ نعم. الشحنة الموجبة تعني فقدان إلكترونات، ولذلك فإن المعادلة الإلكترونات \(= Z - \text{الشحنة}\) تعطي عددًا من الإلكترونات أقل من عدد البروتونات.
