toată materia este formată din atomi. Acesta este un lucru pe care îl luăm acum ca dat și unul dintre lucrurile pe care le înveți chiar la începutul cursurilor de chimie din liceu sau liceu. În ciuda acestui fapt, ideile noastre despre ceea ce este un atom sunt surprinzător de recente: cu doar o sută de ani în urmă, oamenii de știință încă dezbăteau cum arăta exact un atom. Acest grafic aruncă o privire asupra modelelor cheie propuse pentru atom și asupra modului în care s-au schimbat în timp.

deși grafica noastră începe în anii 1800, ideea atomilor a existat cu mult înainte. De fapt, trebuie să ne întoarcem până în Grecia antică pentru a-i găsi Geneza. Cuvântul ‘ atom ‘provine de fapt din greaca veche și se traduce aproximativ ca’indivizibil’. Teoria greacă veche a fost creditată mai multor cărturari diferiți, dar este cel mai adesea atribuită lui Democrit (460-370 Î .HR.) și mentorului său Leucippus. Deși ideile lor despre atomi erau rudimentare în comparație cu conceptele noastre de astăzi, ei au subliniat ideea că totul este format din atomi, sfere invizibile și indivizibile ale materiei de tip și număr infinit.

acești cercetători și-au imaginat atomii ca variind în formă în funcție de tipul atomului. Ei au avut în vedere atomii de fier ca având cârlige care le-au blocat împreună, explicând de ce fierul era solid la temperatura camerei. Atomii de apă erau netezi și alunecoși, explicând de ce apa era un lichid la temperatura camerei și putea fi turnată. Deși acum știm că nu este cazul, ideile lor au pus bazele viitoarelor modele atomice.cu toate acestea, a fost o lungă așteptare înainte ca aceste fundații să fie construite. Abia în 1803 chimistul englez John Dalton a început să dezvolte o definiție mai științifică a atomului. El s-a bazat pe ideile grecilor antici în descrierea atomilor ca sfere mici, dure, care sunt indivizibile și că atomii unui element dat sunt identici unul cu celălalt. Ultimul punct este unul care este încă valabil, cu excepția notabilă fiind izotopii diferitelor elemente, care diferă prin numărul lor de neutroni. Cu toate acestea, din moment ce neutronul nu va fi descoperit până în 1932, probabil că îl putem ierta pe Dalton această supraveghere. De asemenea, el a venit cu teorii despre modul în care atomii se combină pentru a face compuși și, de asemenea, a venit cu primul set de simboluri chimice pentru elementele cunoscute.prezentarea teoriei atomice a lui Dalton a fost un început, dar încă nu ne-a spus prea multe despre natura atomilor înșiși. Ceea ce a urmat a fost o altă perioadă de acalmie, mai scurtă, în care cunoștințele noastre despre atomi nu au progresat atât de mult. Au existat câteva încercări de a defini cum ar putea arăta atomii, cum ar fi sugestia Lordului Kelvin că ar putea avea o structură asemănătoare vortexului, dar abia după începutul secolului 20, progresul în elucidarea structurii atomice a început cu adevărat să crească.

prima descoperire a venit la sfârșitul anilor 1800, când fizicianul englez Joseph John (JJ) Thomson a descoperit că atomul nu era atât de indivizibil pe cât se pretindea anterior. El a efectuat experimente folosind raze catodice produse într-un tub de descărcare și a constatat că razele erau atrase de plăci metalice încărcate pozitiv, dar respinse de cele încărcate negativ. Din aceasta a dedus că razele trebuie încărcate negativ.prin măsurarea încărcăturii particulelor din raze, el a putut deduce că acestea erau de două mii de ori mai ușoare decât hidrogenul și, schimbând metalul din care a fost făcut catodul, a putut spune că aceste particule erau prezente în multe tipuri de atomi. El descoperise electronul (deși se referea la el ca la un corpuscul) și a arătat că atomii nu erau indivizibili, ci aveau părți constitutive mai mici. Această descoperire i-ar câștiga un Premiu Nobel în 1906.în 1904, el și-a prezentat modelul atomului pe baza descoperirilor sale. Supranumit ‘modelul de budincă de prune’ (deși nu de Thomson însuși), acesta prevedea atomul ca o sferă de sarcină pozitivă, cu electroni punctați ca prunele într-o budincă. Oamenii de știință au început să privească în interiorul atomului, dar modelul lui Thomson nu a rămas mult timp – și unul dintre studenții săi a furnizat dovezile pentru a-l consacra istoriei.Ernest Rutherford a fost un fizician din Noua Zeelandă care a studiat la Universitatea Cambridge sub conducerea lui Thomson. A fost lucrarea sa ulterioară la Universitatea din Manchester, care va oferi informații suplimentare despre interiorul unui atom. Această lucrare a venit după ce a primit deja un Premiu Nobel în 1908 pentru investigațiile sale în chimia substanțelor radioactive.Rutherford a conceput un experiment pentru a cerceta structura atomică care a implicat arderea particulelor alfa încărcate pozitiv într-o foaie subțire de folie de aur. Particulele alfa erau atât de mici încât puteau trece prin folia de aur și, conform modelului lui Thomson, care arăta sarcina pozitivă difuzată pe întregul atom, ar trebui să facă acest lucru cu o deviere mică sau deloc. Prin efectuarea acestui experiment, el spera să poată confirma modelul lui Thomson, dar a ajuns să facă exact opusul.

în timpul experimentului, majoritatea particulelor alfa au trecut prin folie cu o deviere mică sau deloc. Cu toate acestea, un număr foarte mic de particule au fost deviate de la căile lor originale la unghiuri foarte mari. Acest lucru a fost complet neașteptat; după cum a observat Rutherford însuși, „a fost aproape la fel de incredibil ca și cum ai trage o coajă de 15 inci asupra unei bucăți de hârtie absorbantă și s-a întors și te-a lovit”. Singura explicație posibilă a fost că sarcina pozitivă nu a fost răspândită în tot Atomul, ci concentrată într-un centru mic și dens: nucleul. Cea mai mare parte a restului atomului era pur și simplu spațiu gol.descoperirea nucleului de către Rutherford a însemnat că modelul atomic avea nevoie de o regândire. El a propus un model în care electronii orbitează nucleul încărcat pozitiv. Deși aceasta a fost o îmbunătățire a modelului lui Thomson, nu a explicat ce a ținut electronii să orbiteze în loc să se spiraleze pur și simplu în nucleu.

introduceți Niels Bohr. Bohr a fost un fizician danez care a încercat să rezolve problemele cu modelul lui Rutherford. El și-a dat seama că fizica clasică nu putea explica în mod corespunzător ce se întâmplă la nivel atomic; în schimb, el a invocat teoria cuantică pentru a încerca să explice aranjamentul electronilor. Modelul său a postulat existența nivelurilor de energie sau a cojilor de electroni. Electronii puteau fi găsiți doar în aceste niveluri specifice de energie; cu alte cuvinte, energia lor era cuantificată și nu putea lua orice valoare. Electronii se puteau deplasa între aceste niveluri de energie (denumite de Bohr stări staționare), dar trebuiau să facă acest lucru fie prin absorbția, fie prin emiterea de energie.

sugestia lui Bohr de niveluri stabile de energie a abordat problema electronilor care spiralează în nucleu într-o măsură, dar nu în întregime. Motivele exacte sunt puțin mai complexe decât vom discuta aici, pentru că intrăm în lumea complexă a mecanicii cuantice; și așa cum a spus Bohr însuși, „dacă mecanica cuantică nu v-a șocat profund, nu ați înțeles-o încă”. Cu alte cuvinte, devine cam ciudat.

modelul lui Bohr nu a rezolvat toate problemele modelului atomic. A funcționat bine pentru atomii de hidrogen, dar nu a putut explica observațiile elementelor mai grele. De asemenea, încalcă principiul incertitudinii Heisenberg, una dintre pietrele de temelie ale mecanicii cuantice, care afirmă că nu putem cunoaște atât poziția exactă, cât și impulsul unui electron. Totuși, acest principiu nu a fost postulat decât la câțiva ani după ce Bohr și-a propus modelul. În ciuda tuturor acestor lucruri, Bohr este probabil încă modelul atomului cu care sunteți cel mai familiarizat, deoarece este adesea cel introdus pentru prima dată în timpul cursurilor de chimie din liceu sau liceu. Ea are încă utilizările sale prea; este destul de util pentru a explica legătura chimică și reactivitatea unor grupuri de elemente la un nivel simplu.

în orice caz, modelul încă nevoie de rafinare. În acest moment, mulți oameni de știință investigau și încercau să dezvolte modelul cuantic al atomului. Șef printre acestea a fost fizicianul austriac Erwin Schr, despre care probabil ați auzit înainte (el este tipul cu pisica și cutia). În 1926, Schr Xvdinger a propus că, mai degrabă decât electronii care se mișcă în orbite fixe sau cochilii, electronii se comportă ca unde. Acest lucru pare puțin ciudat, dar probabil vă amintiți deja că lumina se poate comporta atât ca o undă, cât și ca o particulă (ceea ce este cunoscut sub numele de dualitate undă-particulă) și se pare că și electronii pot.

Schr a rezolvat o serie de ecuații matematice pentru a veni cu un model pentru distribuțiile electronilor într-un atom. Modelul său arată nucleul înconjurător de nori de densitate electronică. Acești nori sunt nori de probabilitate; deși nu știm exact unde sunt electronii, știm că este probabil să se găsească în anumite regiuni ale spațiului. Aceste regiuni ale spațiului sunt denumite orbitali electronici. Poate că este de înțeles de ce lecțiile de chimie de liceu nu conduc direct cu acest model, deși este modelul acceptat astăzi, deoarece durează puțin mai mult timp pentru a-ți face capul!

Schr nu a fost ultimul cuvânt despre atom. În 1932, fizicianul englez James Chadwick (student al lui Ernest Rutherford) a descoperit existența neutronului, completând imaginea noastră despre particulele subatomice care alcătuiesc un atom. Povestea nu se termină nici aici; fizicienii au descoperit de atunci că protonii și neutronii care alcătuiesc nucleul sunt ei înșiși divizibili în particule numite cuarci – dar asta depășește sfera acestui post! În orice caz, atomul ne oferă un exemplu excelent despre modul în care modelele științifice se pot schimba în timp și arată cum noile dovezi pot duce la noi modele.

bucurat de acest post& grafic? Luați în considerare sprijinirea dobânzii compuse pe Patreon și obțineți previzualizări ale postărilor viitoare & mai mult!

graficul din acest articol este licențiat sub licența internațională Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0. Consultați instrucțiunile de utilizare a conținutului site-ului.