پژوهش چگونه یک اتم شکل می‌گیرد؟

[somayeh]

اتم[۱] (به فرانسوی: Atome) کوچک‌ترین ذرهٔ تشکیل دهندهٔ ماده است و خواصی مشابه آن ماده دارد. اتم می‌تواند به کمک پیوند شیمیایی به اتمی دیگر متصل گردد.[۲] هر مادهٔ جامد، مایع، گاز و پلاسما از اتم‌های خنثی یا یونیزه تشکیل شده است.[۳] مکتب اتم‌گرایی که از عقیدهٔ تشکیل مواد از ریزدانه‌های نادیدنی (در برابر عقیده به تفکیک‌پذیر بودن مواد تا بی‌نهایت) دفاع می‌کرد در تاریخ باستان نیز شناخته شده بود.

 

[somayeh]

اتم از یک هسته مرکزی با بار مثبت محاطه شده با ابر الکترونی با بار منفی تشکیل شده است. تعریف دیگری آن را به عنوان کوچک‌ترین واحدی در نظر می‌گیرد که ماده را می‌توان به آن تقسیم کرد بدون اینکه اجزاء بارداری از آن خارج شود.[۴] اتم ابری الکترونی، تشکیل‌شده از الکترونها با بار الکتریکی منفی، که هستهٔ اتم را احاطه کرده است. هسته نیز خود از پروتون که دارای بار مثبت است و نوترون که از لحاظ الکتریکی خنثی است تشکیل شده است.

 

[somayeh]

زمانی که تعداد پروتون‌ها و الکترون‌های اتم با هم برابر هستند اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار دارد؛ در غیر این صورت آن را یون می‌نامند که می‌تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. اتم‌ها با توجه به تعداد پروتون‌ها و نوترون‌های آن‌ها طبقه‌بندی می‌شوند. تعداد پروتون‌های اتم مشخص‌کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترون‌ها مشخص‌کنندهٔ ایزوتوپ عنصر است.[۵] ۹۹٫۹۴٪ جرم یک اتم در هسته قرار دارد.

 

[somayeh]

نظریهٔ مکانیک کوانتومی تصویر پیچیده‌ای از اتم ارائه می‌دهد و این پیچیدگی دانشمندان را مجبور می‌کند که جهت توصیف خواص اتم به جای یک تصویر متوسل به تصاویر شهودی متفاوتی از اتم شوند. بعضی وقت‌ها مناسب است که به الکترون به عنوان یک ذرهٔ متحرک به دور هسته نگاه کرد و گاهی مناسب است به آن‌ها عنوان ذراتی که در امواجی با موقعیت ثابت در اطراف هسته[۶] (مدار: orbits) توزیع شده‌اند نگاه کرد. ساختار مدارها تا حد بسیار زیادی روی رفتار اتم تأثیر گذارده و خواص شیمیایی یک ماده توسط نحوهٔ دسته‌بندی این مدارها معین می‌شود.[۷]

 

[somayeh]

تاریخ نظریهٔ اتمی
ایدهٔ اساسی که ماده از ذرات کوچک غیرقابل تقسیم تشکیل شده است، مربوط به گذشته است. کلمهٔ اتم از کلمهٔ یونان باستان آتوموس برگرفته شده است که به معنی غیرقابل تقسیم است. این ایده فاقد استدلال علمی بود، و در استدلال فلسفی ساخته شده بود و نظریهٔ اتمی مدرن مبتنی بر این مفاهیم قدیمی نیست.[۸][۹]

 

[somayeh]

قانون نسبت‌های معین
در اوایل دههٔ ۱۸۰۰، جان دالتون، شیمی‌دان انگلیسی، داده‌های آزمایشگاهی گرد آوری شده توسط خود و سایر پژوهشگران را جمع‌آوری کرد و کاشف الگویی شد که اکنون از آن با نام قانون چندنسبت یا قانون نسبت‌های معین یاد می‌شود. وی متوجه شد که در هر مولکول از یک مادهٔ مرکب معین، همواره نوع و تعداد نسبی اتم‌های سازندۂ آن یکسان است. به عنوان مثال، دو نوع اکسید قلع وجود دارد: یکی پودر سیاه و یکی پودر سفید که به ترتیب ۸۸/۱٪ قلع و ۱۱/۹٪ اکسیژن است و ۷۸/۷٪ قلع و ۲۱/۳٪ اکسیژن است.

 

[somayeh]

با تنظیم این ارقام، در اکسید سیاه به ازای هر ۱۰۰ گرم قلع حدود ۱۳/۵ گرم اکسیژن وجود دارد و در اکسید سفید به ازای هر ۱۰۰ گرم قلع، حدود ۲۷ گرم اکسیژن وجود دارد. نسبت کم کل، یعنی ۱۳/۵ و ۲۷ که در نتیجه نسبت ۲:۱ را خواهیم داشت. در این اکسیدها، به ازای هر اتم قلع به ترتیب یک یا دو اتم اکسیژن وجود دارد (SnO و SnO2).[۱۰][۱۱] همچنین جان دالتون به موارد زیر نیز در نظریهٔ اتمی خود اشاره کرد:

 

[somayeh]

ماده از ذره‌های تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده است.[۱۲]
همهٔ اتم‌های یک عنصر، مشابه یکدیگرند.[۱۳]
اتم‌ها نه به وجود می‌آیند و نه از بین می‌روند.[۱۴]
همهٔ اتم‌های یک عنصر جرم یکسان و خواص شیمیایی یکسان دارند.[۱۵]
اتم‌های عنصرهای مختلف به هم متصل می‌شوند و مولکولها را به وجود می‌آورند.[۱۶]

 

[somayeh]

کشف الکترون
جی جی تامسون، در سال ۱۸۹۷ میلادی فهمید پرتوهای کاتدی امواج الکترومغناطیسی نیستند؛ بلکه متشکل از ذراتی هستند که ۱۸۰۰ برابر سبک‌تر از هیدروژن هستند. تامسون، نتیجه‌گیری کرد که این ذرات از اتم‌های داخل کاتد ناشی می‌شوند. این ذرات، ذرات زیراتمی بودند. او آنها را لگن نام گذاری کرد ولی بعدها آنها به الکترون تغییر نام داده شدند. تامسون نشان داد که الکترون با ذرات منتقل شده توسط مواد فوتوالکتریک و رادیو اکتیو یکسان است.[۱۷]

 

[somayeh]

کشف هسته
همچنین ببینید: مدل اتمی رادرفورد
هسته در سال ۱۹۱۱ در اثر نتیجهٔ تلاش ارنست رادرفورد برای آزمایش مدل پودینگ آلو از تامسون کشف شد.[۱۸]