بار و جرمِ ذره‌های اتم
پارسال دیدیم که اتم از سه نوع ذره ساخته شده است: پروتون، نوترون و الکترون. اما این سه ذره دقیقاً چه فرقی با هم دارند؟ دانشمندان هیچ‌وقت یک پروتون را روی ترازو نگذاشته‌اند. با این حال، امروز می‌دانیم کدام سنگین‌تر است و کدام بار دارد. این را از آزمایش‌هایی فهمیده‌اند که رفتارِ این ذره‌ها را در کنارِ آهنربا و میدانِ الکتریکی نشان می‌داد.
دو ویژگی برای هر ذره
برای شناختنِ هر ذره، دو چیز را می‌پرسیم: چقدر جرم دارد؟ و چه بارِ الکتریکی‌ای دارد؟
جرم و بارِ این ذره‌ها آن‌قدر کوچک است که با واحدهای معمولی نوشتنشان سخت است. پس آن‌ها را نسبی می‌نویسیم، یعنی در مقایسه با هم:
| ذره | بارِ نسبی | جرمِ نسبی | جا |
|---|---|---|---|
| پروتون | مثبتِ یک | یک | هسته |
| نوترون | صفر | یک | هسته |
| الکترون | منفیِ یک | تقریباً صفر | اطرافِ هسته |
از این جدول دو نتیجه‌ی مهم به دست می‌آید:
- تقریباً همه‌ی جرمِ اتم در هسته است. پروتون و نوترون تقریباً هم‌جرم‌اند و هر کدام حدودِ دو هزار برابرِ یک الکترون جرم دارند. برای همین وقتی جرمِ اتم را حساب می‌کنیم، معمولاً الکترون‌ها را به حساب نمی‌آوریم.
- بارِ پروتون و الکترون اندازه‌ی یکسانی دارد اما علامتشان برعکس است: یکی مثبتِ یک و دیگری منفیِ یک.
چرا اتم خنثی است؟
بارِ کلِ یک اتم، جمعِ بارهای همه‌ی ذره‌های آن است. اتمِ اکسیژن را در نظر بگیرید: ۸ پروتون، ۸ نوترون و ۸ الکترون دارد.
- بارِ پروتون‌ها: هشت تا مثبتِ یک، یعنی مثبتِ هشت.
- بارِ نوترون‌ها: صفر.
- بارِ الکترون‌ها: هشت تا منفیِ یک، یعنی منفیِ هشت.
جمعِ این‌ها صفر می‌شود. پس اتمِ اکسیژن بارِ الکتریکی ندارد؛ می‌گوییم خنثی است. هر اتمی که تعدادِ الکترون‌هایش با تعدادِ پروتون‌هایش برابر باشد، خنثی است. تعدادِ نوترون‌ها در بار هیچ اثری ندارد.
در خانه امتحان کنید
- با سه رنگ کاغذ یا دکمه، ذره‌ها را بسازید: قرمز برای پروتون، خاکستری برای نوترون و یک رنگِ کوچک‌تر برای الکترون.
- اتمی با ۳ پروتون، ۴ نوترون و ۳ الکترون بچینید. بارِ کلش را حساب کنید.
- حالا یک الکترون را بردارید. بارِ کل چند می‌شود؟
- اگر به جای آن یک نوترون برمی‌داشتید، بار تغییر می‌کرد؟
واژه‌های این درس
- بارِ الکتریکی - ویژگی‌ای که ذره‌ها را به هم می‌کشد یا از هم دور می‌کند؛ مثبت یا منفی.
- نسبی - در مقایسه با چیزی دیگر، نه با واحدهای معمولی.
- اتمِ خنثی - اتمی که تعدادِ الکترون‌ها و پروتون‌هایش برابر است و بارِ کل ندارد.
ایده‌ی اصلی
پروتون بارِ مثبت دارد، الکترون بارِ منفی و نوترون بی‌بار است. جرمِ اتم تقریباً همه در هسته است، چون الکترون بسیار سبک است. اتمی که به اندازه‌ی پروتون‌هایش الکترون دارد، خنثی است.