پژوهش چگونه یک اتم شکل می‌گیرد؟

[somayeh]

اجزا
جهت بررسی اجزاء یک ماده، می‌توان به صورت پی در پی آن را تقسیم کرد. اکثر مواد موجود در طبیعت ترکیب شلوغی از مولکول‌های مختلف است. با تلاش نسبتاً کمی می‌توان این مولکول‌ها را از هم جدا کرد. مولکول‌ها خودشان متشکل از اتم‌ها هستند که توسط پیوندهای شیمیایی به هم پیوند خورده‌اند. با مصرف انرژی بیشتری می‌توان اتم‌ها را از مولکول‌ها جدا کرد. اتم‌ها خود از اجزاء ریزتری به نام هسته و الکترون تشکیل شده که توسط نیروهای الکتریکی به هم پیوند خورده‌اند و شکستن آن‌ها انرژی بسی بیشتری طلب می‌کند.

 

[somayeh]

اگر سعی در شکستن این زیر اتمی با صرف انرژی زیاد بکنیم، کار ما باعث تولید شدن ذرات جدیدی می‌شویم که خیلی از آن‌ها بار الکتریکی دارند.[۷] همان‌طور که اشاره شد اتم از هسته و الکترون تشکیل شده است. جرم اصلی اتم در هسته قرار دارد؛ فضای اطراف هسته عموماً فضای خالی می‌باشد. هسته خود از پروتون (که بار مثبت دارد)، و نوترون (که بار خنثی دارد) تشکیل شده است. الکترون هم بار منفی دارد. این سه ذره عمری طولانی داشته و در تمامی اتم‌های معمولی که به صورت طبیعی تشکیل می‌شوند یافت می‌شوند. به جز این سه ذره، ذرات دیگری نیز در ارتباط با آن‌ها ممکن است موجود باشد؛ می‌توان این ذرات دیگر را با صرف انرژی زیاد نیز تولید کرد ولی عموماً این ذرات زندگی کوتاهی داشته و از بین می‌روند.[۷]

 

[somayeh]

اتم‌ها مستقل از اینکه چند الکترون داشته باشند (۳ تا ۹۰ تا)، همه تقریباً یک اندازه دارند. به صورت تقریبی اگر ۵۰ میلیون اتم را کنار هم روی یک خط بگذاریم، اندازه آن یک سانتیمتر می‌شود. به دلیل اندازهٔ کوچک اتم‌ها، آن‌ها را با واحدی به نام آنگستروم که برابر ۱۰- ۱۰ متر است می‌سنجند.[۷]

 

[somayeh]

ذرات زیراتمی
مقالهٔ اصلی: ذرات زیراتمی
با وجود اینکه منظور از اتم ذره‌ای تجزیه ناپذیر بود، امروز می‌دانیم که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده است. الکترون‌ها، پروتون‌ها و نوترون‌ها ذرات تشکیل دهندهٔ اتم هستند. البته یون هیدروژن بدون الکترون و نیز بدون نوترون؛ هیدروژن +۱ است.

در مدل استاندارد، الکترون‌ها ذرات بنیادی، هسته یعنی بدون ساختار داخلی، پنداشته می‌شوند؛ درحالی‌که پروتون‌ها و نوترون‌ها از ذرات دیگری به نام کوارک تشکیل شده‌اند.

 

[somayeh]

هسته
هسته دارای نوترون و پروتون است. پروتون دارای بار مثبت (+) و نوترون بدون بار است؛ و در خارج از هسته الکترون وجود دارد که بار آن منفی (-) است.

ابر الکترونی
این مدل پیشنهاد شده توسط اروین شرودینگر و ایدهٔ چندین دانشمند و محقق در سال ۱۹۳۵ می‌باشد. در این مدل مانند مدل بور (منظومه شمسی) هسته عمدهٔ جرم اتم را تشکیل می‌دهد و در مرکز، الکترون با انرژی مختلف به دور هسته در گردش می‌باشد و الکترون‌ها در لایه‌ای با انرژی معینی وجود ندارند.

 

[somayeh]

مدل‌های اتمی
مدل اتمی دموکریت
دموکریت در ۵۰۰سال قبل از میلاد اوّلین تحقیق‌ها را در رابطه با اتم انجام داد. البته تعداد اندکی از آزمایش‌های او مورد قبول واقع گردید اما اصلی‌ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم بود. نام اتم به معنای تجزیه ناپذیر را نیز او انتخاب کرد. نظریه‌های او بسیار ابتدایی بود اما باید توجه داشت که تا زمانی که نمی‌توان اتم را به چشم دید صحبت در رابطه با آن نیز تنها حدس است. او بر این عقیده بود که:

 

[somayeh]

ماده ساختار ذرّه‌ای دارد یعنی از ذرّه‌های بسیار کوچکی ساخته شده است که خود آن را می‌توان تجزیه ناپذیر نامید.
اتم مواد مختلف در شکل بایکدیگر متفاوت است. برای مثال مواد تیز و برنده یا ترش دارای اتمی با لبه‌های تیز به شکل‌هایی چون مثلث هستند یا مواد نرم و شیرین دارای شکلی دایره‌ای است (البته این مورد در نظرات بعدی کاملاً رد شده است).

 

[somayeh]

مدل اتمی دالتون
نظریهٔ اتمی دالتون: جان دالتون نظریهٔ اتمی خود را با اجرای آزمایش در هفت بند بیان کرد.

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

 

[somayeh]

در هر مولکول از یک مادهٔ مرکب معین، همواره نوع و تعداد نسبی اتم‌های سازندۂ آن یکسان است.
واکنش‌های شیمیایی شامل جابه‌جایی اتم‌ها یا تغییر در شیوهٔ اتصال آن‌ها است. قسمت اول نظریهٔ دالتون تأیید فیلسوف یونانی (دموکریت) بود.
نظریه‌های دالتون نارسایی‌ها و ایرادهایی دارد اما آغازی مهم بود. مواردی که نظریهٔ دالتون نمی‌توانست توجیه کند:

پدیدهٔ برقکافت (الکترولیز) و نتایج مربوط به آن
پیوند یونی - فرق یون با اتم خنثی
پرتو کاتدی
پرتوزایی و واکنش‌های هسته‌ای
مفهوم ظرفیت در عناصر گوناگون
پدیدهٔ ایزوتوپی

 

[somayeh]

نظریهٔ دالتون از سه قسمت اصلی (قانون بقای جرم - قانون نسبت‌ها معین - قانون نسبت‌های چندگانه) می‌باشد.

مطالعهٔ اتم‌ها و ذرات ریزتر فقط به صورت غیرمستقیم و از روی رفتار (خواص) امکان‌پذیر است.

اولین ذرهٔ زیراتمی شناخته شده الکترون است. مواردی که به کشف و شناخت الکترون منجر شد:

الکتریسیتهٔ ساکن یا مالشی
پدیدهٔ الکترولیز (برقکافت)
پرتو کاتدی
پدیدهٔ پرتوزایی