ما أكبر عدد من الإلكترونات يمكن أن يستوعبه مجال الطاقة الثالث في الذرة؟

ما أكبر عدد من الإلكترونات يمكن أن يستوعبه مجال الطاقة الثالث في الذرة؟، الإلكترون أو الجسيم الكهربي هو جسيم دون ذري كروي الشكل تقريباً مكون للذرة ويحمل شحنة كهربائية سالبة. ولم يكن من المعروف بأن لديها مكونات أو جسيمات أصغر، لذا فقد اعتبرت بأنها جسيمات أولية. فالإلكترون لديه كتلة تعادل تقريبًا 1/1836 من كتلة البروتون. الزخم الزاوي الحقيقي (وهو اللف المغزلي) للإلكترون هو قيمة نصف عدد صحيح من وحدة ħ، مما يعني بأنه فرميون. ويسمى الجسيم المضاد للإلكترون بالبوزيترون، وهو مطابق للإلكترون عدا أنه معاكس له بالشحنة الكهربائية والشحنات الأخرى. عند اصطدام الإلكترون بالبوزترون فإنهما إما يبعثران بعضهما البعض أو أن يفنيان، مما ينتج عن ذلك زوج أو أكثر من فوتونات أشعة غاما. تنتمي الإلكترونات إلى الجيل الأول لأسرة جسيمات ليبتون، وتسهم في القوى الأساسية وهي الجاذبية والكهرومغناطيسية والقوة النووية الضعيفة. كما هو في المادة فإن الإلكترون لديه خصائص ازدواجية موجة-جسيم في ميكانيكا الكم، لذا فبإمكانه الاصطدام مع الجسيمات الأخرى فينحرف مثل الضوء. لكن وبسبب صغر كتلة الإلكترون فإن تلك الازدواجية تتجلى بشكل أفضل في التجارب المخبرية. وبما أنها تندرج تحت عائلة الفرميون، وبحسب مبدأ استبعاد باولي فلا يمكن لإلكترونين أن يأخذا نفس حالة الكم.

تم وضع نظرية مفهوم مقدار الشحنة الإلكترونية غير القابلة للتجزئة لشرح الخصائص الكيميائية للذرات، فكانت بدايتها سنة 1838 مع عالم الطبيعة البريطاني ريتشارد لامنج؛ ثم قدم الفيزيائي الإيرلندي جورج ستوني اسم «إلكترون» وذلك سنة 1894. في سنة 1897 عرّف البريطاني جوزيف طومسون وفريقه من الفيزيائيين الإلكترون بأنه جسيم.

العديد من الظواهر الفيزيائية، مثل الكهرباء والمغناطيسية والتوصيل الحراري فإن الإلكترونات لها دورًا أساسيًا في ذلك. فالإلكترون في حركته بالنسبة للمراقب يولد المجال المغناطيسي، وكذلك فإن المجالات المغناطيسية الخارجية تجعلها تنحرف. فعندما يتحرك الإلكترون فإنه يمتص أو ينتج طاقة على شكل فوتونات. تحيط الإلكترونات بالنواة المتكونة من بروتونات ونيوترونات، فيكونون جميعًا الذرة، وإن كان الإلكترون يسهم في أقل من 0.06% من الكتلة الكلية للذرة. يسبب جاذبية قوة كولومب بين الإلكترون والبروتون بأن يجعل الإلكترونات مرتبطة بالذرات. فالتبادل أو تقاسم الإلكترونات في ما بين الذرات هو السبب الرئيسي للروابط الكيميائية.

• السؤال: ما أكبر عدد من الإلكترونات يمكن أن يستوعبه مجال الطاقة الثالث في الذرة؟

• الإجابة: 18