اتم کوچکترین واحد تشکیل دهند یک عنصر یا ماده است که هیچ ماده شیمیایی قادر به تجزبه آن نیست اما می تواند با کمک پیوندهای شیمیایی به اتمی دیگر متصل شود. در این گزارش به توضیح این موضوع و بررسی نظریات مختلف ارائه شده در این رابطه می پردازیم.
اتم کوچکترین واحد تشکیل دهند یک عنصر یا ماده است که هیچ ماده شیمیایی قادر به تجزبه آن نیست اما می تواند با کمک پیوندهای شیمیایی به اتمی دیگر متصل شود. در این گزارش به توضیح این موضوع و بررسی نظریات مختلف ارائه شده در این رابطه می پردازیم.قطعا تا کنون بارها نام اتم یعنی کوچکترین واحد تشکیل دهنده مواد را شنیده اید؛ برای توصیف دقیق این تعریف می توان اینگونه توضیح داد که برای به دست آوردن کوچکترین جزء یک ماده باید آن را به صورت پی در پی تقسیم کرد. معمولا مواد موجود در طبیعت ترکیبی از مولکول های مختلف هستند که می توان آن ها را از هم جدا کرد. این مولکول ها خود از اجزا کوچکتری به نام اتم تشکیل شده اند که توسط پیوندهای شیمیایی به یکدیگر متصل هستند. اتم ها به حدی کوچک هستند که آنها را با واحدی به نام آنگستروم که برابر 10- 100 متر است، اندازه گیری می کنند.
یک اتم معمولی دارای هسته ای حاوی پروتون ها با بار مثبت و نوترون ها با بار خنثی بوده و به دور این هسته الکترون هایی با بار منفی در گردش هستند. هنگامی که تعداد پروتون ها و الکترون های اتم با هم برابر باشند، اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار می گیرند در غیر این صورت آن را یون نامیده و می تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد.
یک اتم معمولی دارای هسته ای حاوی پروتون ها با بار مثبت و نوترون ها با بار خنثی بوده و به دور این هسته الکترون هایی با بار منفی در گردش هستند. هنگامی که تعداد پروتون ها و الکترون های اتم با هم برابر باشند، اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار می گیرند در غیر این صورت آن را یون نامیده و می تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. لازم به توضیح است که اتم ها با توجه به تعداد پروتون ها و نوترون هایشان طبقه بندی می شوند. تعداد پروتون های یک اتم مشخص کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترون های آن مشخص کننده ایزوتوپ های آن عنصر است.
تاریخچه تحقیق و بررسی در رابطه با اتم و کشف آن
بر اساس اسناد تاریخی، نخستین کسی که اولین تحقیق ها و بررسی ها را در مورد اتم انجام داد، دموکریت بود که حدودا در سال 500 پیش از میلاد به تفکر و پژوهش در این رابطه پرداخته بود. البته نظریه‌های او بسیار ابتدایی بود و امروزه نتایج آزمایش های او هیچ کدام مورد قبول نیست اما می توان گفت اصلی ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم را او برداشته است. قابل توجه است که نام اتم به معنای تجزیه ناپذیر را نیز او انتخاب کرد و پس از آن دیگر دانشمندان نیز از این واژه استفاده کردند.
در دوره باستان دو نظریه مطرح بوده یکی تئوری اتم گرایی که گروهی از دانشمندان بر عقیده تشکیل مواد از ریزدانه های نادیدنی تمرکز داشته و گروهی دیگر که تفکیک پذیر بودن مواد به ذرات نامتناهی را باور داشتند.
راجر بوسویچ از دانشمندانی بوده که در این رابطه تحقیق کرده و نظریه خود را در مورد اتم مطرح ساخته است. او نظریه خود را بر مبنای مکانیک نیوتنی قرارداد و آن را در سال 1758 میلادی به چاپ رساند. بر اساس نظریه بوسویچ، اتم ها نقاط بی اسکلتی هستند که بسته به فاصله آن ها از یکدیگر، نیروهای جذب کننده و دفع کننده بر یکدیگر وارد می کنند.
از مدل های مطرح شده در زمینه نظریه وجود اتم می توان به مدل اتمی دالتون اشاره کرد. در مدل اتمی دالتون، نظریه او با اجرای آزمایش در هفت بند مطرح شد که عبارت اند:
ماده از ذره های تجزیه ناپذیری به نام اتم تشکیل شده اند.
همه اتم های یک عنصر، مشابه یکدیگر هستند.
اتم ها نه به وجود می آیند و نه از بین می روند.
همه اتم های یک عنصر، جرم یکسان و خواص شیمیایی یکسان دارند.
از اتصال و پیوند اتم ها، مولکول تشکیل می شود.
در هر مولکول از یک ماده مرکب معین، همیشه نوع و تعداد نسبی اتم های سازنده آن یکسان است.
واکنش‌های شیمیایی شامل جابه جایی اتم ها و یا تغییر در شیوه اتصال آن ها می شوند.
این نظریه دارای یک سری نقص ها و ایرادهایی بوده است اما به طور کلی می توان گفت آغاز مهمی را در مبحث اتم به وجود آورده بود. او در نظریه خود برخی از مواد مطرح شده دموکریت را تایید کرد.
در مدل اتمی جوزف تامسون که به مدل کیک کشمشی یا مدل هندوانه ای شبیه بوده، موارد زیر مطرح می شوند:
الکترون های با بار منفی، درون فضای ابرگونه با بار مثبت، پراکنده شده اند.
اتم در مجموع خنثی است چرا که مقدار بار مثبت با بار منفی برابر است.
این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون آن بستگی دارد.
جرم زیاد اتم به علت وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن است.
از دیگر مدل های اتمی مطرح شده می توان به مدل اتمی ارنست رادرفورد از نیوزلند اشاره کرد که موارد زیر را عنوان می کرد:
هر اتم دارای یک هسته کوچک است که بیشتر جرم اتم از آن است.
هسته اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.
حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می دهد.
هسته اتم به وسیله الکترون ها محاصره شده است.
چندین مدل اتمی دیگر نیز در این زمینه مطرح شده است که می توان به مدل اتمی نیلز بور (مدل منظومه شمسی) اشاره کرد. این مدل و تحقیقات انجام شده آن، اطلاعات بسیار مفیدی را در این زمینه ارائه داده است. در کل می توان گفت مدل اتمی او اشتباه های بسیاری داشته اما هنوز در مواردی از دنیای فیزیک مانند مباحث انرژی اتمی مورد استفاده قرار می گیرد. جیمز چادویک در مدل اتمی خود، نظریه مدل اتمی نیلز بور را مطرح کرد با این تفاوت که ایرادهای آن را بر طرف ساخت. در سال 1935 میلادی نیز مدل منظومه شمسی اتم توسط اروین شرودینگر مطرح شد که تفاوت های چندانی با مدل های پیشین نداشت.
قابل ذکر است که پس از آن اصلاحات دیگری بر این مدل های اتمی انجام نشده و می توان گفت که کامل ترین نظریه اتم در رابطه با هسته اتم به جیمز چادویک تعلق دارد.
یکی از مدل های اتمی مطرح شده که در حال حاضر نیز پذیرفته است، مدل اتمی لایه ای است. برای نمایش این مدل، از نمایش مدل اتمی نیلز بور استفاده می شود . در این مدل هسته که بیشترین جرم اتم را تشکیل داده در مرکز اتم قرار دارد و الکترون‌ها به شکل ابری که ابر الکترونی نامیده می شوند، با انرژی های مختلف به دور هسته در گردش هستند.
علاوه بر آن، در مبحث فیزیک کوانتومی، نظریه های پیچیدگی های اتم، تعامل بین اتم و نور و همچنین اتم و صوت مطرح می شود. در سال 2009 نیز دانشمندان با استفاده از تکنیکی به نام میکروسکوپی تابش میدان، تصویر یک اتم را از طریق زنجیره اتم کربن در گرافیت به دست آوردند.
یک اتم معمولی دارای هسته ای حاوی پروتون ها با بار مثبت و نوترون ها با بار خنثی بوده و به دور این هسته الکترون هایی با بار منفی در گردش هستند. هنگامی که تعداد پروتون ها و الکترون های اتم با هم برابر باشند، اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار می گیرند در غیر این صورت آن را یون نامیده و می تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. لازم به توضیح است که اتم ها با توجه به تعداد پروتون ها و نوترون هایشان طبقه بندی می شوند. تعداد پروتون های یک اتم مشخص کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترون های آن مشخص کننده ایزوتوپ های آن عنصر است.
تاریخچه تحقیق و بررسی در رابطه با اتم و کشف آن
بر اساس اسناد تاریخی، نخستین کسی که اولین تحقیق ها و بررسی ها را در مورد اتم انجام داد، دموکریت بود که حدودا در سال 500 پیش از میلاد به تفکر و پژوهش در این رابطه پرداخته بود. البته نظریه‌های او بسیار ابتدایی بود و امروزه نتایج آزمایش های او هیچ کدام مورد قبول نیست اما می توان گفت اصلی ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم را او برداشته است. قابل توجه است که نام اتم به معنای تجزیه ناپذیر را نیز او انتخاب کرد و پس از آن دیگر دانشمندان نیز از این واژه استفاده کردند.
در دوره باستان دو نظریه مطرح بوده یکی تئوری اتم گرایی که گروهی از دانشمندان بر عقیده تشکیل مواد از ریزدانه های نادیدنی تمرکز داشته و گروهی دیگر که تفکیک پذیر بودن مواد به ذرات نامتناهی را باور داشتند.
راجر بوسویچ از دانشمندانی بوده که در این رابطه تحقیق کرده و نظریه خود را در مورد اتم مطرح ساخته است. او نظریه خود را بر مبنای مکانیک نیوتنی قرارداد و آن را در سال 1758 میلادی به چاپ رساند. بر اساس نظریه بوسویچ، اتم ها نقاط بی اسکلتی هستند که بسته به فاصله آن ها از یکدیگر، نیروهای جذب کننده و دفع کننده بر یکدیگر وارد می کنند.
از مدل های مطرح شده در زمینه نظریه وجود اتم می توان به مدل اتمی دالتون اشاره کرد. در مدل اتمی دالتون، نظریه او با اجرای آزمایش در هفت بند مطرح شد که عبارت اند:
ماده از ذره های تجزیه ناپذیری به نام اتم تشکیل شده اند.
همه اتم های یک عنصر، مشابه یکدیگر هستند.
اتم ها نه به وجود می آیند و نه از بین می روند.
همه اتم های یک عنصر، جرم یکسان و خواص شیمیایی یکسان دارند.
از اتصال و پیوند اتم ها، مولکول تشکیل می شود.
در هر مولکول از یک ماده مرکب معین، همیشه نوع و تعداد نسبی اتم های سازنده آن یکسان است.
واکنش‌های شیمیایی شامل جابه جایی اتم ها و یا تغییر در شیوه اتصال آن ها می شوند.
این نظریه دارای یک سری نقص ها و ایرادهایی بوده است اما به طور کلی می توان گفت آغاز مهمی را در مبحث اتم به وجود آورده بود. او در نظریه خود برخی از مواد مطرح شده دموکریت را تایید کرد.
در مدل اتمی جوزف تامسون که به مدل کیک کشمشی یا مدل هندوانه ای شبیه بوده، موارد زیر مطرح می شوند:
الکترون های با بار منفی، درون فضای ابرگونه با بار مثبت، پراکنده شده اند.
اتم در مجموع خنثی است چرا که مقدار بار مثبت با بار منفی برابر است.
این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون آن بستگی دارد.
جرم زیاد اتم به علت وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن است.
از دیگر مدل های اتمی مطرح شده می توان به مدل اتمی ارنست رادرفورد از نیوزلند اشاره کرد که موارد زیر را عنوان می کرد:
هر اتم دارای یک هسته کوچک است که بیشتر جرم اتم از آن است.
هسته اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.
حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می دهد.
هسته اتم به وسیله الکترون ها محاصره شده است.
چندین مدل اتمی دیگر نیز در این زمینه مطرح شده است که می توان به مدل اتمی نیلز بور (مدل منظومه شمسی) اشاره کرد. این مدل و تحقیقات انجام شده آن، اطلاعات بسیار مفیدی را در این زمینه ارائه داده است. در کل می توان گفت مدل اتمی او اشتباه های بسیاری داشته اما هنوز در مواردی از دنیای فیزیک مانند مباحث انرژی اتمی مورد استفاده قرار می گیرد. جیمز چادویک در مدل اتمی خود، نظریه مدل اتمی نیلز بور را مطرح کرد با این تفاوت که ایرادهای آن را بر طرف ساخت. در سال 1935 میلادی نیز مدل منظومه شمسی اتم توسط اروین شرودینگر مطرح شد که تفاوت های چندانی با مدل های پیشین نداشت.
قابل ذکر است که پس از آن اصلاحات دیگری بر این مدل های اتمی انجام نشده و می توان گفت که کامل ترین نظریه اتم در رابطه با هسته اتم به جیمز چادویک تعلق دارد.
یکی از مدل های اتمی مطرح شده که در حال حاضر نیز پذیرفته است، مدل اتمی لایه ای است. برای نمایش این مدل، از نمایش مدل اتمی نیلز بور استفاده می شود . در این مدل هسته که بیشترین جرم اتم را تشکیل داده در مرکز اتم قرار دارد و الکترون‌ها به شکل ابری که ابر الکترونی نامیده می شوند، با انرژی های مختلف به دور هسته در گردش هستند.
علاوه بر آن، در مبحث فیزیک کوانتومی، نظریه های پیچیدگی های اتم، تعامل بین اتم و نور و همچنین اتم و صوت مطرح می شود. در سال 2009 نیز دانشمندان با استفاده از تکنیکی به نام میکروسکوپی تابش میدان، تصویر یک اتم را از طریق زنجیره اتم کربن در گرافیت به دست آوردند.
ارسال نظر
