Teoria atomowa

Teoria atomistyczna Demokryta

Demokryt uważał, że jeśli raz po raz będziesz coś przecinał na pół, to w końcu będziesz musiał przestać. Powiedział, że ten ostatni kawałek materii nie może być już mniejszy. Demokryt nazywał te małe kawałki materii atomami, co oznacza "niepodzielne". Uważał, że atomy będą trwać wiecznie, nigdy się nie zmienią i nie będą mogły zostać zniszczone. Demokryt uważał, że nie ma nic pomiędzy atomami i że wszystko wokół nas można wyjaśnić, jeśli zrozumiemy, jak działają atomy.

Niektórzy inni filozofowie zgadzali się z nim, a inni nie. Nie mieli sposobu na eksperymenty, które pokazałyby, czy jego teoria jest prawdziwa, czy nie.

Teoria atomowa Boscovicha

W 1758 r. Roger Joseph Boscovich opisał prekursora teorii atomu.

Teoria atomowa Daltona

W 1803 r. angielski naukowiec John Dalton, urodzony w Cumberland, przerobił teorię Demokryta w następujący sposób:

1. Cała materia jest zbudowana z atomów.
2. Że atomy są niepodzielnymi i niewidzialnymi cząstkami.
3. Że atomy tego samego pierwiastka mają ten sam typ i masę.
4. Atomy, które tworzą związki chemiczne występują w ustalonych proporcjach.
5. Przemiany chemiczne odpowiadają reorganizacji atomów biorących udział w reakcji chemicznej.

Dalton zdefiniował atom jako podstawową jednostkę pierwiastka, która może brać udział w połączeniu chemicznym.

Model atomu Thomsona

W 1850 r. Sir William Crookes skonstruował "lampę wyładowczą", czyli szklaną rurkę z usuniętym powietrzem i metalowymi elektrodami na jej końcach, podłączoną do źródła wysokiego napięcia. Kiedy w rurze wytwarza się próżnia, można zaobserwować wyładowanie świetlne, które przechodzi od katody (elektrody naładowanej ujemnie) do anody (elektrody naładowanej dodatnio). Crookes nazwał tę emisję "promieniami katodowymi".

Po eksperymentach z promieniami katodowymi Sir Joseph John Thomson ustalił, że emitowany promień tworzą ładunki ujemne, ponieważ są one przyciągane przez biegun dodatni. Thomson wiedział, że atomy są elektrycznie obojętne, ale ustalił, że aby tak było, atom powinien mieć taką samą ilość ładunków ujemnych i dodatnich. Ładunki ujemne nazwał elektronami (e-).

Zgodnie z przyjętymi założeniami o neutralnym ładunku atomów, Thomson zaproponował pierwszy model atomu, który został opisany jako dodatnio naładowana kula, w którą zostały włożone elektrony (o ładunku ujemnym). Znany jest on pod nazwą modelu budyniu śliwkowego.

W 1906 roku Robert Millikan ustalił, że elektrony mają ładunek Coulomba (C) równy -1,6 * 10-19, co pozwoliło obliczyć jego masę jako maleńką, równą 9,109 * 10-31 kg.

W tym samym czasie, eksperymenty Eugene Goldsteina w 1886 r. z lampami wyładowczymi katodowymi pozwoliły mu ustalić, że ładunki dodatnie miały masę 1,6726 * 10-27 kg i ładunek elektryczny +1,6 * 10 ^-19 C. Lord Ernest Rutherford nazwał później te dodatnio naładowane cząstki protonami

Schematyczne przedstawienie modelu Thomsona.

Model atomu Rutherforda

W 1910 roku nowozelandzki fizyk Ernest Rutherford wysunął pomysł, że dodatnie ładunki atomu znajdują się głównie w jego centrum, w jądrze, a elektrony (e-) wokół niego.

Rutherford pokazał to, gdy użył źródła promieniowania alfa (z helu) do uderzenia w bardzo cienkie arkusze złota, otoczone kloszem z siarczku cynku, który wytwarzał widzialne światło, gdy był uderzany przez emisje alfa. Eksperyment ten nazwano eksperymentem Geigera-Marsdena lub eksperymentem z folią złotą.

Na tym etapie główne elementy atomu były już jasne, a dodatkowo odkryto, że atomy danego pierwiastka mogą występować w izotopach. Izotopy różnią się liczbą neutronów obecnych w jądrze. Chociaż model ten był dobrze rozumiany, współczesna fizyka rozwinęła się dalej i nie da się w prosty sposób zrozumieć dzisiejszych idei. Pewne wyobrażenia na temat dzisiejszej fizyki atomowej można znaleźć w linkach w poniższej tabeli.

Eksperyment atomowy lorda Ernesta Rutherforda

Fizyka współczesna

Atomy nie są cząstkami elementarnymi, ponieważ są zbudowane z cząstek subatomowych, takich jak protony i neutrony. Protony i neutrony również nie są cząstkami elementarnymi, ponieważ składają się z jeszcze mniejszych cząstek zwanych kwarkami, połączonych ze sobą przez inne cząstki zwane gluonami (ponieważ "sklejają" one kwarki razem w atomie). Kwarki są cząstkami elementarnymi, ponieważ kwarków nie da się już rozłożyć.