Alle materien består Av Atomer. Dette er noe vi nå tar som en gitt, og en av de tingene du lærer rett tilbake i begynnelsen av videregående skole eller videregående skole kjemi klasser. Til tross for dette er våre ideer om hva et atom er overraskende nylig: så lite som hundre år siden diskuterte forskerne fortsatt hva et atom så ut. Denne grafikken tar en titt på de viktigste modellene foreslått for atom, og hvordan de endret seg over tid.Selv om grafikken vår starter på 1800-tallet, var ideen om atomer lenge før. Faktisk må vi gå helt tilbake Til Det Gamle Hellas for å finne sin opprinnelse. Ordet ‘atom’ faktisk kommer Fra Gammelgresk og grovt oversettes som ‘udelelig’. Den Antikke greske teorien har blitt kreditert flere forskjellige forskere, men er oftest tilskrevet Demokrit (460-370 F. KR.) og Hans mentor Leukippos . Selv om deres ideer om atomer var rudimentære i forhold til våre konsepter i dag, skisserte de ideen om at alt er laget av atomer, usynlige og udelelige sfærer av uendelig type og tall.

disse lærde forestilte atomer som varierende i form avhengig av typen av atom. De forutså jernatomer som å ha kroker som låste dem sammen, og forklarte hvorfor jern var et fast stoff ved romtemperatur. Vannatomer var glatte og glatte, og forklarte hvorfor vann var en væske ved romtemperatur og kunne helles. Selv om vi nå vet at dette ikke er tilfelle, la deres ideer grunnlaget for fremtidige atommodeller.

det var imidlertid en lang ventetid før disse fundamentene ble bygget på. Det var ikke før 1803 at den engelske kjemikeren John Dalton begynte å utvikle en mer vitenskapelig definisjon av atomet. Han trakk på ideene Til De Gamle Grekerne i å beskrive atomer som små, harde kuler som er udelelige, og at atomer av et gitt element er identiske med hverandre. Det siste punktet er en som ganske mye fortsatt gjelder, med det bemerkelsesverdige unntaket er isotoper av forskjellige elementer, som varierer i antall nøytroner. Men siden nøytronet ikke ville bli oppdaget før 1932, kan Vi sannsynligvis tilgi Dalton dette tilsynet. Han kom også opp med teorier om hvordan atomer kombineres for å lage forbindelser, og kom også opp med det første settet med kjemiske symboler for de kjente elementene.Daltons skissering av atomteori var en start, men det fortalte oss ikke så mye om selve atomenes natur. Det som fulgte var en annen, kortere lull hvor vår kunnskap om atomer ikke utviklet seg så mye. Det var noen forsøk på å definere hva atomer kan se ut, For Eksempel Lord Kelvin forslag om at De kan ha en vortex-lignende struktur, men det var ikke før like etter begynnelsen av det 20. Århundre at fremgang på å belyse atomstruktur virkelig begynte å plukke opp.det første gjennombruddet kom på slutten av 1800-tallet da Den engelske fysikeren Joseph John (Jj) Thomson oppdaget at atomet ikke var så udelelig som tidligere hevdet. Han utførte eksperimenter ved hjelp av katodestråler produsert i et utløpsrør, og fant at strålene ble tiltrukket av positivt ladede metallplater, men avstøt av negativt ladede. Fra dette utledes han strålene må være negativt ladet.ved å måle ladningen på partiklene i strålene kunne han utlede at de var to tusen ganger lettere enn hydrogen, og ved å endre metallet ble katoden laget av han kunne fortelle at disse partiklene var tilstede i mange typer atomer. Han hadde oppdaget elektronen (selv om han refererte til det som et ‘korpuskel’), og viste at atomer ikke var udelelige, men hadde mindre bestanddeler. Denne oppdagelsen ville vinne Ham En Nobelpris i 1906.

I 1904 presenterte han sin modell av atomet basert på hans funn. Kalt ‘ Plum Pudding Model ‘(men ikke Av Thomson selv), så det atomet som en sfære av positiv ladning, med elektroner prikket gjennom som plommer i en pudding. Forskere hadde begynt å kikke inn i atomets indre, Men Thomsons modell ville ikke henge lenge – og det var en av hans studenter som ga bevisene for å sende det til historien.Ernest Rutherford var en fysiker Fra New Zealand som studerte Ved Cambridge University under Thomson. Det var hans senere arbeid Ved University Of Manchester som ville gi ytterligere innsikt i innsiden av et atom. Dette arbeidet kom etter at han allerede hadde mottatt En Nobelpris i 1908 for sine undersøkelser av radioaktive stoffers kjemi.Rutherford utviklet et eksperiment for å undersøke atomstruktur som involverte avfyring positivt ladede alfa partikler på et tynt ark med gullfolie. Alfa-partiklene var så små at de kunne passere gjennom gullfolien, og Ifølge Thomsons modell som viste den positive ladningen diffust over hele atomet, skulle det gjøre det med liten eller ingen avbøyning. Ved å utføre dette eksperimentet håpet han å kunne bekrefte Thomsons modell, men han endte med å gjøre akkurat det motsatte.under forsøket passerte de fleste alfa-partiklene gjennom folien med liten eller ingen avbøyning. Imidlertid ble et svært lite antall partikler avbøyet fra deres opprinnelige baner i svært store vinkler. Dette var helt uventet; Som Rutherford selv observert, «det var nesten like utrolig som om du sparket et 15-tommers skall på et stykke vevpapir, og det kom tilbake og slo deg». Den eneste mulige forklaringen var at den positive ladningen ikke var spredt over atomet, men konsentrert i et lite, tett senter: kjernen. Det meste av resten av atomet var bare tomt rom.Rutherfords oppdagelse av kjernen betydde at atommodellen trengte en revurdering. Han foreslo en modell hvor elektronene bane den positivt ladede kjernen. Selv om Dette var en forbedring På Thomsons modell, forklarte det ikke hva som holdt elektronene i bane i stedet for bare å spiral inn i kjernen.

Skriv Inn Niels Bohr. Bohr var en dansk fysiker som forsøkte å løse problemene Med Rutherfords modell. Han innså at klassisk fysikk ikke kunne ordentlig forklare hva som foregikk på atomnivå; i stedet påkalte han kvanteteori for å prøve å forklare arrangementet av elektroner. Hans modell postulerte eksistensen av energinivåer eller skall av elektroner. Elektroner kunne bare bli funnet i disse spesifikke energinivåene; med andre ord, deres energi ble kvantisert, og kunne ikke ta noen verdi. Elektroner kunne bevege seg mellom disse energinivåene (Referert Til Av Bohr som ‘stasjonære tilstander’), men måtte gjøre det ved enten å absorbere eller sende ut energi.Bohrs forslag om stabile energinivåer adresserte problemet med elektroner som spiraliserte inn i kjernen i en grad, men ikke helt. De nøyaktige årsakene er litt mer komplekse enn vi skal diskutere her, fordi Vi kommer inn i den komplekse verden av kvantemekanikk; Og Som Bohr selv sa, «hvis kvantemekanikk ikke har dypt sjokkert deg, har du ikke forstått det ennå». Med andre ord, det blir litt rart.Bohrs modell løste ikke alle atommodellproblemene. Det fungerte bra for hydrogenatomer, men kunne ikke forklare observasjoner av tyngre elementer. Det bryter Også Heisenberg Usikkerhetsprinsipp, en av hjørnesteinene i kvantemekanikken, som sier at vi ikke kan vite både den nøyaktige posisjonen og momentumet til et elektron. Likevel ble dette prinsippet ikke postulert før flere år etter At Bohr foreslo sin modell. Til tross for alt Dette Er Bohrs sannsynligvis fortsatt modellen til atomet du er mest kjent med, siden Det ofte er den første som ble introdusert i videregående skole eller videregående kjemi. Det har fortsatt sin bruk også; det er ganske praktisk for å forklare kjemisk binding og reaktiviteten til noen grupper av elementer på et enkelt nivå.

i alle fall krever modellen fortsatt raffinering. På dette tidspunktet undersøkte mange forskere og forsøkte å utvikle kvantemodellen til atomet. Høvding blant disse var Østerriksk fysiker Erwin Schrö, som du sikkert har hørt om før (han er fyren med katten og boksen). I 1926 foreslo Schrö at elektronene, i stedet for elektronene som beveger seg i faste baner eller skall, oppfører seg som bølger. Dette virker litt rart, men du husker sannsynligvis allerede at lys kan oppføre seg som både en bølge og en partikkel( det som kalles en bølge-partikkel dualitet), og det viser seg at elektroner kan også.

Schrö løste en serie matematiske ligninger for å komme opp med en modell for fordelingen av elektroner i et atom. Hans modell viser kjernen rundt av skyer av elektrontetthet. Disse skyene er skyer av sannsynlighet; selv om vi ikke vet nøyaktig hvor elektronene er, vet vi at de sannsynligvis vil bli funnet i bestemte romområder. Disse områdene av rom refereres til som elektronorbitaler. Det er kanskje forståelig hvorfor high school kjemi leksjoner ikke fører i rett med denne modellen, selv om det er den aksepterte modellen i dag, fordi det tar litt mer tid å få hodet rundt!

Schrö var ikke helt det siste ordet på atomet. I 1932 oppdaget den engelske fysikeren James Chadwick (En Student Av Ernest Rutherford) eksistensen av nøytronet, og fullførte vårt bilde av de subatomære partiklene som utgjør et atom. Historien slutter heller ikke der; fysikere har siden oppdaget at protonene og nøytronene som utgjør kjernen, selv er delbare i partikler som kalles kvarker – men det er utenfor omfanget av dette innlegget! I alle fall gir atomet oss et godt eksempel på hvordan vitenskapelige modeller kan endres over tid, og viser hvordan nye bevis kan føre til nye modeller.

Likte dette innlegget & grafisk? Vurder å støtte Rentes Rente På Patreon, og få forhåndsvisninger av kommende innlegg & mer!

grafikken i denne artikkelen er lisensiert Under En Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 Internasjonal Lisens. Se nettstedets retningslinjer for bruk av innhold.