سفر به درون اتم

اَتُم 

به یونانی : Άτομο 

به معنی ناگسستنی (تجزیه ناپذیر)

 کوچکترین واحد تشکیل دهنده یک مادهٔ ساده است

 که میتواند به کمک پیوند شیمیایی به اتمی دیگر متصل گردد.

اتم کوچکترین جزء هر عنصر است 

که میتواند باشد و هنوز هم عنصر شناخته شود. 

به تقریب همه این عناصر مانند اکسیژنی که تنفس میکنید

 و کربنی که در پوست شما است

 پنج بیلیون سال پیش در ستاره ها آفریده شدند ؛

 تقریبا همان زمانی که زمین به وجود آمد . 

هیدروژن و هلیوم از این هم قدیمی ترند ؛

 هیدروژن درست پس از مهبانگ ساخته شد 

و بعدا سوخت ستاره هایی را فراهم آورد

 که عناصر دیگر در آنها به وجود آمد.

در مرکز اتم یک هسته چگال فشرده است 

که همه جرم اتم ، به جز اندکی ناچیز ، از آن است

 و دارای بار الکتریکی مثبت است .

در ناحیه بیرونی اتم ذره های ریز سبکی 

به نام الکترون وجود دارد .

 الکترون دارای بار الکتریکی منفی است 

و نیروی ربایش بین بارهای مخالف است 

که این الکترون های منفی را به

 گردش دور هسته مثبت مرکزی وا می دارد .

دموکریت یا ذیمقراطیس (357 -470 ق . م) دانشمند یونانی است 

که بخشی از زندگی خویش را در سیر و سیاحت در مصر گذرانید. 

کتابی به نام دیاکوسموس به دموکریت منسوب است 

که در آن نظراتش را درباره ی ساختار ماده توضیح داده است.

 نظرات او به طور کلی بر شالوده ی متافیزیکی مسأله ذره گرایی استوار است.

 او ھیچ گونه اشاره ای به چگونگی ترکیب مواد گوناگون ندارد.

 مفھوم ترکیب در آن زمان به معنای تبدیل بود 

یعنی تنھا وجه کیفی مسأله مورد توجه بود

 و این ھمان نکته ای است که در

 دوره ی کیمیاگری نیز مورد توجه بسیار قرار گرفته است. 

از نظر دموکریت :

 اتمھا ھمانندند، تقسیم ناپذیرند و فشرده نمیشوند، آغاز و پایان ندارند.

 او برای تفاوت خواص ماده از اندازه، شکل و وزن اتم ھا سخن می گوید

 و تفاوت خواص را به شکل اتمھا نسبت میدھد، 

به طور مثال مواد ترش اتمھای لوزی شکل دارند.

دموکریت ساده ترین راه را برای توجیه خواص ماده برگزیده است. 

یا به عبارت دیگر، او متفاوت بودن شکل ذره ھای سازنده ی مواد 

را معیار قضاوت در مورد تفاوت خواص آنھا قرار داده است.

برای مثال، لمس کردن، بوییدن و چشیدن بعضی مواد

 یا ورود بعضی چیزھا به چشم باعث ناراحتی انسان میشود.

با این نگاه میتوان این طور تصور کرد که

 ذره ھای سازنده ی ھمه ی این مواد مانند خرده ھای شیشه تیز و برنده اند 

و به واسطه ی شکل خاصی که دارند، چنین رفتاری از خود نشان می دھند. 

سرکه و آبلیمو ترش و سوزاننده اند 

و اطلاق شکل خرده شیشه به ذرات آنھا از این نگاه ناشی میشود.

دالتون نظریه اتمی خود را در سال ھای 1803 تا 1808 

بر اساس مشاھدات تجربی و قانون مندی واکنش ھای شیمیایی ارائه داد 

و ھمین تفاوت وی با دیگر نظریه پردازان اتمی است که

 وی را در شمار دانشمندان بزرگ شیمی قرار میدھد

 نظریه او مبتنی بر چند اصل به شرح زیر است:

 عنصرھا از ذرات فوق العاده ریزی به نام اتم تشکیل شده اند 

کلیه اتمھای یک عنصر یکسانند ولیاتمھای عنصرھای مختلف

 در جرم اندازه و دیگر ویژگیھا با یک دیگر فرق دارند.

 اتمھای یک عنصر نه نابود میشوند 

و نه از نو به وجود میآیند

 و ھیچ اتمیاز یک عنصر به اتم عنصر دیگر تبدیل نمیشود. 

اما اتمھا در واکنشھای شیمیایی شرکت میکنند،

 به یک دیگر میپیوندند یا از ھم جدا میشود.

 یک ترکیب شیمیایی از به ھم پیوستن اتمھای دو یا چند عنصر پدید میآید. 

انواع اتمھایی شرکت کننده در یک ترکیب مشخص، 

ھمواره یکسانند و نسبت جرمی این اتمھا نیز ثابت است.

مدل اتمی تامسون

برای اولین  بار جان تامسون ، 

با استفاده از لامپ پرتو کاتدی ، به ماهیت زیر اتمها پی برد .

 وی به دو سر الکترود مثبت و منفی لامپ، 

اختلاف پتانسیل الکتریکی وصل کرد ، 

و مشاهده کرد که پرتو کاتدی

 از الکترود منفی (کاتد) به الکترود مثبت (آند) می رود . 

سپس در مسیر پرتو کاتدی میدان مغناطیسی قرار داد 

و مشاهده کرد که پرتو کاتدی به سمت قطب مثبت منحرف میشود

 و همچنین در این مسیر ، توربین پرّه دار قرار داد 

و بر اثر برخورد پرتو به توربین ، توربین شروع به حرکت میکرد . 

وی با تکیه بر آزمایشهای خود به این نتیجه رسید که

 ذرات سازنده پرتو کاتدی دارای بارالکتریکی منفی هستند

 و همچنین علاوه بر ماهیت موجی که پرتو دارد ،

 ماهیت ذره ای نیز از حود نشان میدهد . 

تامسون این ذرات منفی را ، الکترون نامید 

و بعد ها وی دریافت که

 ذرات سازنده پرتو کاتدی در تمام مواد وجود دارند .

 وی با استناد بر استنتاج های خود نظریه اتمی خود را مطرح ساخت 

مدل اتمی رادرفورد

دو سه سال بعد رادرفورد با انجام آزمایشی ، مدل اتمی تامسون را رد کرد .

 او در آزمایش خود ، پرتو آلفا را ، که دارای بار الکتریکی منفی است ،

 به ورقه نازک طلا گسیل داد ، 

بر اثر این برخورد ، بخش عظیمی از پرتو از ورقه عبور کرد ،

 اما قسمت ناچیزی از آن ، بر اثر بر خورد، منعکس و یا منحرف شد . 

بخش عظیمی از فضا اتم خالی است 

و به همین دلیل بخش عظیمی از پرتو آلفا بدون انحراف از اتم عبور می کند ،

 اما قسمت ناچیزی از اتم توپر و متراکم است که دارای بار الکتریکی مثبت است

 و هنگامیکه پرتو آلفا به آن برخورد می کند منعکس میشود

 و یا هنگامیکه از نزدیکی آن عبور میکند منحرف میشود .

در اطراف این منطقه توپر "هسته اتم" الکترونها پراکنده شده اند . 

و علت آنکه چرا هنگامیکه پرتو آلفا

از فضای اطراف هسته عبور میکند

 و از کنار الکترونها بدون هیچ

 انحرافی به مسیر خود ادامه میدهد آن است که

در یک اتم اندازه بارالکتریکی مثبت هسته 

با مجموع اندازه بار الکتریکی منفی الکترونهای اطراف آن برابر است .

 پس مطابق مدل اتمی رادرفورد ،

 اتم از هسته که دارای بار الکتریکی مثبت است 

و در مرکز اتم قرار دارد 

و همچنین الکترون که در اطراف هسته قرار دارد، تشکیل شده است .

در این هنگام نیلس بور با پذیرفتن مدل اتمی رادرفورد چنین پیشنهاد داد که

 الکترونها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی قرار دارند

 و در این سطوح به دور هسته اتم در حال چرخیدن هستند .

 انرژی الکترونهایی که در سطوح انرژی پایین تر به هسته نزدیک تر هستند ، 

نسبت به الکترونهایی که از هسته دورند ، انرژی کمتری دارند . 

پس برای انتقال الکترون از سطح انرژی پایین به سطح انرژی بالا ،

 باید انرژی معادل اختلاف انرژی بین آن دو سطح ، را به آن الکترون بدهیم .

 پس انرژی الکترونها در یک اتم کوانتیده است .

مدل اتمی بور توانست به ما نشان دهد که

 طیف نشر خطی که از اتم عناصر گسیل میشود ،

 بر اثر انتقال الکترونها از سطوح انرژی بالا به سطوح انرژی پایین است ،

 که در این انتقال انرژی الکترون کاهش و به صورت نور و گرما آزاد میشود.

 که اگر این نور آزاد شده را از منشور عبور دهیم طیف نشری آن مشخص میشود .

مدل اتمی اربیتالی

براساس این مدل اتمی

 اتم از هسته و الکترون تشکیل شده است ،

که هسته در مرکز اتم قرار دارد 

و الکترونها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی حرکت میکنند

 در اینجا باید توجه داشت که 

همه الکترونها به دور هسته نمی چرخند 

بلکه در اطراف آن در حال حرکت هستند 

، اما تعیین دقیق مکان (موضع ) 

و سرعت ( نوع حرکت ) الکترونها به طور هم زمان

و در یک لحظه امکان پذیر نیست . 

الکترونها در اطراف هسته اتم در فضای مشخصی حرکت میکنند ،

 که به این فضای اطراف اتم که 

بیشترین احتمال وجود اتم را دارد ، اوربیتال می گویند .

اوربیتالها در واقع تراز انرژی الکترونها را مشخص می کنند .

 هر کدام از این اوربیتالها به چند زیر لایه تقسیم می شوند 

که الکترونهای زیر لایه های یک اوربیتال ، دارای انرژی یکسانی هستند . 

در مدل اتمی کوانتمی ، تجسم اتم بسیار مشکل است . 

به همین دلیل بعضی از افراد برای مطالعه

 دگرگونیهای اتم در یک واکنش از مدل اتمی بور استفاده میکنند .