چه چیزی اتم است
اتم به عنوان کوچکترین ذره از یک ماده تعریف میشود که میتواند به تنهایی وجود داشته باشد یا با اتمهای دیگر ترکیب شده و مولکول تشکیل دهد.
در سال ۱۸۰۸، شیمیدان، فیزیکدان و هواشناس مشهور انگلیسی جان دالتون نظریه خود درباره اتم را منتشر کرد. در آن زمان، بسیاری از پدیدههای شیمیایی غیرقابل توضیح به سرعت با نظریه دالتون روشن شدند. بنابراین، این نظریه به پایهگذاری نظری شیمی تبدیل شد. فرضیات نظریه اتمی دالتون به شرح زیر بودند.
همه ماده از ذرات کوچک، قابل تقسیم و نابودناپذیری به نام اتمها تشکیل شده است.
تمام اتمهای یک عنصر خصوصیات یکسانی دارند اما از اتمهای عناصر دیگر متفاوت هستند.
اتمهای عناصر مختلف با هم ترکیب میشوند تا یک ترکیب تشکیل دهند.
یک واکنش شیمیایی هیچ چیز جز تغییر ترتیب این اتمها نیست.
اتمها نمیتوانند با هیچ وسیلهای خلق یا نابود شوند.
نظریه دالتون برخی نقاط ضعف داشت؛ امروزه میدانیم که اتمها میتوانند نابود شوند. همچنین، بعضی اتمهای یک عنصر در جرم خود متفاوت هستند (ایزوتوپها). این نظریه همچنین نمیتواند وجود آلوترپها را توضیح دهد.
اما در دوران مدرن، مفهوم اتم بر اساس ترکیب مزایای مدل اتمی رادرفورد و مدل اتمی بوهر است. همه مواد از اتمها تشکیل شدهاند. همه اتمها شامل موارد زیر هستند،
هسته
الکترونها
هسته اتم
هسته در مرکز اتم قرار دارد. قطر هسته حدود یک دهم هزارم قطر کل اتم است. تقریباً تمام جرم اتم در هسته آن متمرکز است. خود هسته از دو نوع ذره تشکیل شده است،
پروتون
نوترن
پروتون
پروتونها ذرات مثبت شارژ هستند. شارژ هر پروتون ۱.۶ × ۱۰-19 کولوم است. تعداد پروتونها در هسته یک اتم عدد اتمی آن را نشان میدهد.
نوترن
نوترنها هیچ شارژ الکتریکی ندارند. به عبارت دیگر، نوترنها ذرات الکتریکی خنثی هستند. جرم هر نوترن برابر با جرم پروتون است.
هسته به دلیل وجود پروتونهای مثبت شارژ شده مثبت شارژ است. در هر ماده، وزن اتم و خصوصیات رادیواکتیو با هسته مرتبط است.
الکترونها
الکترون یک ذره منفی شارژ شده موجود در اتمها است. شارژ هر الکترون – ۱.۶ × ۱۰ – 19 کولوم است. این الکترونها حول هسته میچرخند. برخی حقایق درباره الکترونها در یک اتم به شرح زیر آورده شدهاند،
اگر یک اتم تعداد برابری از پروتونها و الکترونها داشته باشد، اتم الکتریکی خنثی است زیرا شارژ منفی الکترونها شارژ مثبت پروتونها را خنثی میکند.
الکترونها حول هسته در لایهها (که همچنین به آنها مدار گفته میشود) میچرخند.
یک نیروی جاذبه بر الکترونهای منفی توسط هسته مثبت شارژ شده وارد میشود. این نیروی جاذبه به عنوان نیروی مرکزگرا مورد نیاز برای چرخش الکترونها حول هسته عمل میکند.
الکترونهای نزدیک به هسته به صورت محکم با هسته متصل شدهاند و جدا کردن (حذف) این الکترونها از اتم سختتر از الکترونهای دورتر از هسته است.
ساختار اتمهای آلومینیوم در شکل زیر نشان داده شده است-
برای حذف الکترون از مدار خاصی مقدار معینی از انرژی مورد نیاز است. انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون از مدار اول بسیار بیشتر از انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون از مدار خارجی است. این به دلیل این است که نیروی جاذبه وارد شده توسط هسته بر الکترونهای مدار اول بسیار بیشتر از نیروی جاذبه وارد شده بر الکترونهای مدار خارجی است. به همین ترتیب، انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون از مدار دوم کمتر از مدار اول و بیشتر از مدار سوم خواهد بود. بنابراین، میتوان گفت که الکترونهای در مدار با مقدار معینی از انرژی مرتبط هستند. بنابراین، مدارها یا لایهها به عنوان سطوح انرژی نیز شناخته میشوند.
سطحهای انرژی با حروف K, L, M, N و غیره نشان داده میشوند. K نزدیکترین مدار به هسته است و کمترین سطح انرژی را دارد. به طور معکوس، مدار خارجیترین دارای بالاترین سطح انرژی است.
حداکثر تعداد الکترونها در هر سطح انرژی با فرمول ‘2n2’ تعیین میشود، که n یک عدد صحیح و "عدد کوانتومی اصلی" را نشان میدهد. برای سطوح انرژی مختلف، مقدار 'n' و حداکثر تعداد الکترونها در جدول زیر آورده شده است.
| شماره | سطح انرژی یا مدار (لایه) | عدد کوانتومی اصلی 'n' | حداکثر تعداد الکترونها (2n2) |
| 1 | K | 1 | 2 × 12 = 2 |
| 2 | L | 2 | 2 × 22 = 8 |
| 3 | M | 3 | 2 × 32 = 18 |
| 4 | N | 4 | 2 × 42 = 32 |
