اتم چیست؟
اتم به عنوان کوچکترین ذرهای از یک ماده تعریف میشود که میتواند به تنهایی وجود داشته باشد یا با اتمهای دیگر ترکیب شده و مولکول را 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 پایه نظری شیمی تبدیل شد. پستولاهای نظریه اتمی دالتون به شرح زیر بودند.
همه مادهها از ذرات کوچک و ناپخشپذیر و نابودناپذیری به نام اتمها تشکیل شدهاند.
تمام اتمهای یک عناصر دارای ویژگیهای یکسان هستند اما از اتمهای عناصر دیگر متفاوت هستند.
اتمهای عناصر مختلف با یکدیگر ترکیب میشوند تا یک ترکیب را تشکیل دهند.
یک واکنش شیمیایی هیچ چیزی جز بازآرایی این اتمها نیست.
اتمها با هیچ وسیلهای نمیتوانند خلق یا نابود شوند.
نظریه دالتون دارای برخی نقاط ضعف بود؛ امروزه میدانیم که اتمها میتوانند نابود شوند. همچنین، برخی اتمهای یک عناصر در جرم خود متفاوت هستند (ایزوتوپها). نظریه همچنین نمیتواند وجود آلوترپها را توضیح دهد.
اما در دوران مدرن، مفهوم اتم بر اساس ترکیب مزایای مدل اتمی رادرفورد و مدل اتمی بور استوار است. همه مواد از اتمها تشکیل شدهاند. همه اتمها شامل،
هسته
الکترونها
هسته اتم
هسته در مرکز اتم قرار دارد. قطر هسته حدود یک هزارم قطر کل اتم است. تقریباً تمام جرم اتم در هسته آن متمرکز شده است. هسته خود شامل دو نوع ذره است،
پروتون
نئون
پروتون
پروتونها ذرات با بار مثبت هستند. بار هر پروتون ۱.۶ × ۱۰-19 کولوم است. تعداد پروتونها در هسته یک اتم عدد اتمی آن را نشان میدهد.
نئون
نئونها هیچ بار الکتریکی ندارند. یعنی، نئونها ذرات الکتریکی خنثی هستند. جرم هر نئون برابر با جرم پروتون است.
هسته به دلیل وجود پروتونهای بار مثبت، بار مثبت دارد. در هر مادهای، وزن اتم و خواص پرتوزایی با هسته مرتبط است.
الکترونها
الکترون یک ذره با بار منفی است که در اتمها وجود دارد. بار هر الکترون – ۱.۶ × ۱۰ – 19 کولوم است. این الکترونها حول هسته قرار دارند. برخی حقایق درباره الکترونها در یک اتم در زیر لیست شده و توضیح داده شدهاند،
اگر اتم دارای تعداد یکسانی پروتون و الکترون باشد، اتم الکتریکی خنثی است زیرا بار منفی الکترونها بار مثبت پروتونها را خنثی میکند.
الکترونها در پوستههایی (که همچنین به آنها مدار نیز گفته میشود) حول هسته میچرخند.
یک نیروی جاذبه بر الکترونهای منفی توسط هسته مثبت بار 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 هستند و جدا کردن (حذف) این الکترونها از اتم در مقایسه با الکترونهای دورتر از هسته دشوارتر است.
ساختار اتمهای آلومینیوم در شکل زیر نشان داده شده است-
برای حذف الکترون از مدارش مقدار معینی از انرژی مورد نیاز است. انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون از اولین مدار بسیار بیشتر از انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون از مدار خارجی است. این به دلیل نیروی جاذبه وارد شده توسط هسته بر الکترونهای اولین مدار بسیار بیشتر از نیروی جاذبه وارد شده بر الکترونهای مدار خارجی است. به طور مشابه، انرژی مورد نیاز برای حذف الکترون از مدار دوم کمتر از مدار اول و بیشتر از مدار سوم خواهد بود. بنابراین، میتوان گفت که الکترونها در مدار با مقدار معینی از انرژی مرتبط هستند. بنابراین، مدارها یا پوستهها 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 و دارای کمترین سطح انرژی است. 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 نمایانگر "عدد کوانتومی اصلی" است. برای سطوح انرژی مختلف، مقدار 'n' و حداکثر تعداد الکترونها در جدول زیر آمده است.
| شماره | سطح انرژی یا مدار (پوسته) | عدد کوانتومی اصلی ‘n’ | حداکثر تعداد الکترونها (2n2) |
| ۱ | K | ۱ | ۲ × ۱2 = ۲ |
| ۲ | L | ۲ | ۲ × ۲2 = ۸ |
| ۳ | M | ۳ | ۲ × ۳2 = ۱۸ |
| ۴ | N | ۴ | ۲ × ۴2 = ۳۲ |
