Published in: الفيزياء

الإلكترون

Author د. جاسم الفواز

Published on: 20 ديسمبر، 2023

د. جاسم الفواز

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هو الإلكترون؟

الإلكترون (Electron) عبارةٌ عن جسيمٍ أولي غير قابلٍ للتقسيم لمكونات أصغر وأدق، وهو جسيمٌ سالب الشحنة، ويمكن أن يكون جزءاً من الذرة، ليشكل عندها أحد المكونات الثلاثة الأساسية للذرة مع البروتونات والنيوترونات، ويمكن أن يتواجد الإلكترون بشكلٍ حرّ دون ارتباطه بذرة، وهذه الإلكترونات الحرة هي سبب الناقلية الكهربائية للأجسام. ^[1]

كيف يتواجد الإلكترون في الذرة؟

تدور الإلكترونات في الذرة حول نواة الذرة، والتي بدورها تتكون من بروتونات موجبة الشحنة، وجسيماتٍ غير مشحونةٍ تُسمّى النيوترونات (نواة ذرة الهيدروجين العادية هي استثناء، حيث تحتوي على بروتونٍ واحدٍ فقط، ولا تحتوي على نيوترونات).

تنجذب الإلكترونات السالبة إلى النواة الموجبة بفعل قوة التجاذب الكهربائية (قوة كولوم)، وتتواجد الإلكترونات في الذرة في أماكن محدّدة تُسمّى الطبقات (Shells)، حيث تحمل كل طبقةٍ عددًا معينًا فقط من الإلكترونات، وتختلف الطبقات عن بعضها بقدرتها على استيعاب الإلكترونات.

في الذرة المعتدلة (غير المشحونة) يكون عدد الإلكترونات مطابقًا لعدد الشحنات الموجبة (البروتونات) الموجودة في النواة، ومع ذلك فإن بعض الذرات قد تحتوي على إلكتروناتٍ أكثر أو أقل من الشحنات الموجبة، وبالتالي تكون مشحونةً بشكلٍ سلبي أو موجب، وهذه الذرات تسمّى شاردةً أو أيوناً (Ione)، وليست كل الإلكترونات مرتبطةً بالذرات، فبعضها يتواجد في حالةٍ حرة مع أيوناتٍ على شكل مادةٍ تعرف باسم البلازما.

كيف اكتُشف الإلكترون؟

تمّ اكتشاف الإلكترون في عام 1897 من قبل الفيزيائي الإنجليزي ج.ج.  طومسون (J.J. Thomson) أثناء دراسته التي أجراها على الأشعة المهبطية (Cathode rays)، وقد لعب اكتشافه للإلكترونات دورًا محوريًا في إحداث ثورةٍ في المعرفة حول البنية الذرية وحول آلية حدوث التفاعلات الكيميائية، ولا نبالغ إذا قلنا إن اكتشاف الإلكترون غيّر فهم العلماء للفيزياء والكيمياء الذريين بشكلٍ كامل. ^[2]

هل يمكن للإلكترون أن يغيّر مكانه في الذرة؟

تتوزع حول النواة الطبقات الإلكترونية الرئيسية التي يُرمز لها بالأحرف K ،L ،M ،N ،O ،P ،Q، حيث تكون الطبقة الأولى هي K، وهي الأقرب للنواة، وتحوي أقل عدد من الإلكترونات، ويمكن للإلكترونات أن تتحرك بين هذه الطبقات إما عن طريق امتصاص الطاقة أو إصدارها.

ويجب أن يكون امتصاص الطاقة أو إصدارها مساويًا لفرق الطاقة بين الطبقة التي كان فيها الإلكترون، والطبقة التي انتقل إليها، وتبدأ الإلكترونات بملء الطبقات المنخفضة الأقرب إلى النواة (K) أولاً قبل أن تنتقل إلى سوياتٍ ذات طاقةٍ أعلى وأبعد.

كيف تتوزع الإلكترونات في الذرة؟

يساعد توزع الإلكترونات الكيميائيين على التنبُّؤ بكيفية تصرُّف الذرة في المجالات المتعلقة بالتوصيل، والاستقرار، ونقطة الغليان، وغيرها من الخواص الذرية لكل عنصر، وتتوزع الإلكترونات على طبقاتٍ فرعيةٍ داخل الطبقات الرئيسية، والتي يرمز لها بالأحرف S، وP، وD ،وF، ولكل سويةٍ طاقيةٍ فرعية شكلٌ محدّدٌ ومدروس، فالسوية الطاقية من نوع S لها مدارٌ كرويٌّ بسيط، وهي أبسط السويات، بينما الباقي لها أشكال أكثر تعقيداً من ذلك. ^[3]

متى نسمّي الإلكترون جسيمة بيتا؟

يُطلق على الإلكترون جسيم بيتا (Beta) عندما ينتج من نواة الذرة، فالنوى المُشعّة في بعض الأحيان تحول النيوترون إلى بروتون، ويرافق هذا التحوُّل إطلاق إلكترون، والذي بدوره ينطلق خارج النواة، ويُسمّى عندها بجسيمة بيتا، ويُسمّى الإلكترون جسيمة بيتا فقط إذا كان ذا منشأ نووي، بينما إذا كان الإلكترون ذا منشأ ذري، فلا يجوز تسميته جسيمة بيتا. ^[4]

هل الإلكترون هو نفسه البوزيترون؟

البوزيترون (Positron) هو جسيمٌ أوليٌّ له نفس كتلة، وحجم، وسرعة الإلكترون، لكنه يخالف الإلكترون في الشحنة، لذلك يُسمّى البوزيترون بالإلكترون المضاد، لأنه نظير المادة المضادة للإلكترون، وفي حال اصطدم الإلكترون والبوزيترون، فسوف يُفني كلٌّ منهما الآخر، وينتج عن ذلك إشعاع كهرطيسي عالي الطاقة يُسمّى إشعاع غاما (Gamma). ^[5]