ساختار اتم ،الکترون،پروتون و تمامی اجزای آن شاید اولین اطلاعاتی بوده که در درس فیزیک و شیمی به ما آموخته شده.اطلاعاتی که وقتی اولین بار یک ذهن کنجکاو درموردش می شنوه دیدگاهش به دنیا تغییر میکنه.
چرا دانستن تاریخچه کشف اتم اهمیت دارد؟
این ذرات کوچک پر از قابلیت های بزرگ هستند.تا حدی که انرژی درون آنها میتواند کره ی زمین را نابود کند و کل بشریت را منقرض کند.مطالعه ی تاریخ کشف اتم و ذرات آن نشان میدهد که هرچه بیشتر درمورد این ذرات اطلاعات پیدا کردیم ،دنیا برای ما انسان ها جای بهتری شد.
کشف اتم نقطه شروع بزرگترین اختراعات بشر بود.دانستن اینکه دانشمندان برای یافتن آنها با کمترین ابزار ممکن چقدر تلاش کردند ، چه اشتباهاتی را مرتکب شدند و چه نبوغی را به کار بردند،ما را در داشتن هدف های بزرگ،تلاش و کنجکاوی در مورد علم مصمم تر میکند.
در این مقاله از ابتدایی ترین مباحث تا پیشرفته ترین کشفیات درمورد ساختار اتم را شرح میدهیم.که هم مروری بر دانسته هایمان باشد هم اطلاعات بیشتری کسب کنیم.پس تا انتهای این مطلب همراه ما باشید.
تاریخچه مختصر از تلاش های دانشمندان برای کشف کوچکترین سازنده ی یک ماده:
بشر از گذشته های بسیار دور با دو پدیده الکتریسیته و مغناطیس آشنا بود.اما شروع داستان شناخت قوانین حاکم بر این دو پدیده و شناخت و کشف کوچکترین ذرات تشکیل دهنده یک ماده عملا از اواسط قرن 17 شروع شد.
سال 1661 رابرت بویل:
در مطالعه تاریخچه کشف اتم اولین شخصی که درمورد ذرات نظریه خود را اعلام کرد رابرت بویل بود.(البته بعد از نظریه های رومیان باستان)او در کتاب شیمی دان شکاک خود نوشت عنصر ماده ای است که نمی توان آن را به ماده ساده تری تجزیه کرد.
سال 1803 جان دالتون:
طبق شواهد و نوشته های کتب علمی اولین شخصی که یک نظریه علمی درمورد اتم بیان کردم جان دالتون بود.
در سال 1793 شیمی دان فرانسوی به نام ژوزف لوئی پروست دریافت که عناصر همیشه با نسبت های جرمی مشخص و ثابت با یکدیگر ترکیب میشوند.که به قانون نسبت های مشخص معروف شده بود.تا سال ها دانشمندان دلیل این موضوع را نمیدانستند و مانند معما بود.
نهایتا سال 1803 جان دالتون انگلیسی موفق شد پاسخ این معما را پیدا کند.او دریافت که اتم های هر عنصر به لحاظ ابعاد،جرم و سایر مشخصات کاملا مشابه یکدیگرند.نظریه دالتون که نظریه اتمی دالتون معروف است به طور خلاصه نوشته شده است.
- ماده تجزيه ناپذير است که اتم نام دارد.
- یک عنصر از اتم های مشابه هم بووجود آمده است.
- این اتم ها نه از بین می روند و نه بووجود می آیند.
- اتم عنصر هاى مختل جرم و خواص شيميايى متفاوتى دارند.
- اتم عنصر هاى مختل به هم متصل مى شوند و مولکول ها را بوجود می آورند.
- در هر مولکول از یک ترکیب معین همواره نوع و تعداد نسبی اتم های سازنده آن یکسان است.
- واکنش های شیمیایی شامل جابجایی اتم ها یا تغییر در شیوه اتصال آنها در مولکول هاست.
سال 1839 کشفیات مایکل فارادی:
عمده تحقیقات مایکل فارادی مربوط به الکترومغناطیس بود.وی با وجود اینکه نسبت به دیگر دانشمندان تحصیلات زیادی نداشت ولی نتایج تحقیقات او به اندازه ای مهم بود که نام بزرگ ترین تجربه گر را در تاریخ علم به او داده اند.
در سال 1831 فارادی توانست روش القاء جریان‌های الکتریسیته را کشف کند. در سال 1839 او چندین آزمایش برای تشخیص ماهیت بنیادین الکتریسیته انجام داد و دریافت که نیروی الکتریسیته شامل یک میدان با خطوط منحنی نیرو می باشد و یک ظرفیت القایی خاص را به دست آورد.
به افتخار کشفیات او واحد ظرفیت خازن فارادی نام گذاری شد،در مطالب آینده بیشتر به مایکل فارادی و دست آوردهای وی میپردازیم.
سال 1861 معادلات ماکسول:
وی توانست تمامی قوانین فیزیک و مغناطیس را در 4 معادله دیفرانسیل خلاصه کند.یکی از معادلات او برگرفته از تحقیقات مایکل فارادی بود.
ماکسول توانست نشان دهد دو پدیده مغناطیس و الکتریسیته منشا مشترک دارند و به هم مربوط میشوند.او با معرفی مفهومی به نام میدان الکترومغناطیس نخستین گام را در درک وحدت نیروهای جهان در تاریخ فیزیک برداشت.
و نقطه ی شروع کشفیات بزرگ تری برای دانشمندان دیگر شد.
سال 1865 قانون اکتاوها جان نیولندز:
در این سال آخرین اکتشافات درمورد ساختار اتم هنوز نظریه دالتون بود.نیولندز عناصر را به ترتیب جرم اتمی شان در جدولی کنار هم قرار داد و متوجه شد که مانند نت موسیقی ویژگی شیمیایی هر ماده با 7 خانه قبل خود مشابه است.برای همین نام این الگوی خود را قانون اکتاو نامید.
در موسیقی 7 نت داریم که بعد از نت هفتم از ابتدا همان هفت نت در گام پایین تر تکرار میشوند. دو-ر-می-فا-سل-لا-سی-دو از نت دو تا نت دو بعدی یک اکتاو میگویند.
البته جدول نیولندز با وجود تمام شگفتی اش دارای ایراداتی بود که دانشمندان را به فکر اصلاح و توسعه ی آن می انداخت.
در ادامه با مجله سه فاز همراه باشید تا مراحل تکامل جدول عناصر را هم با هم بررسی کنیم.
سال 1869 یوهان هیتورف آلمانی:
هیتورف با آغشته کردن یک لوله خلا به ماده فلئورسان مثل سولفید روی و قرار دادن آن بین دو الکترود مثبت و منفی(آند و کاتد) پرتوهای نامرئی و و ناشناخته که از الکترود منفی به سوی الکترود مثبت گسیل می شدند را مشاهده کرد.این پرتوهای نامرئی در مسیر مستقیم از کاتد به آند جریان می یابند.که بعدها پرتوهای کاتدی نامیده شدند.
سال 1869 دمیتری مندلیف و جدول تناوبی:
دمیتری مندلیف روسی در سال 1869 جدول نیولندز را اصلاح کرد.او علاوه بر جرم اتمی ظرفیت شیمیایی آنها را نیز درنظر گرفت.اینگونه بود که جدول تناوبی مندلیف ساخته شد.همانطور که میدانید این جدول طوری طراحی شد که جای عناصر کشف نشده خالی بود و تمام خواص فیزیکی و شیمیایی عناصر قابل پیش بینی بود.
مثلا عناصر گالیوم و ژرمانیوم که در آن زمان کشف نشده بودند ولی در جدول مندلیف جای خالی با ویژگی های پیش بینی شده داشتند با همان ویژگی ها کشف و جایگزاری شدند.
50 سال بعد از مندلیف هنری مووزلی با ایجاد تغییراتی در جدول چیدمان عناصر بر حسب عدد اتمی به جای جرم اتمی جدول را به شکل امروزی تکمیل کرد.و 10 سال بعد از آن دانشمندان با مدل اوربیتالی اتم توانستند از راز تناوب جدول مطلع شوند.
سال 1897 جوزف جان تامسون:
تامسون نقش بسیار مهمی در تاریخچه کشف اتم دار
د.او توانست توسط آزمایش های خود وجود الکترون در اتم را ثابت کند.مدل اتمی جوزف تامسون که به کیک کشمشی معروف است:
خلاصه ای از مدل تامسون که گرچه ایرادات زیادی داشت ولی گام بزرگی برای رسیدن به کشفیات بزرگ تر ذرات اتم بود:
- الکترون ها ذره هایی با بار منفی هستند که در فضایی مانند مانند ابر (که بار مثبت دارد) پراکنده شده اند.
- اتم در مجموع خنثی است و بار ندارد پس مجموع بار الکترون ها با بار فضای ابری برابر است.
- ابر کروی جرم ندارد و تمام جرم اتم برابر جرم تمام الکترون های آن می باشد.
- جرم زیاد اتم از وجود تعداد بسیار زیاد الکترون در آن ناشی می شود.
سال 1910 رادرفورد مدل اتم هسته دار:
ارنست رادرفورد که درمورد پرتوهای نور بسیار کنجکاو بود و تحقیقات انجام میداد و در تاریخچه کشف اتم نقش بسیار مهمی را دارد،با انجام یکسری آزمایشات متوجه شد که مدل اتمی دالتون ایراداتی دارد.طبق گفته ی او اتم نمیتواند از ابر مثبتی درست شده باشد.زیرا طبق آزمایشات اینطور به نظر می آمد که اتم دارای فضای خالی زیادی میباشد و در مرکز آن ذره ای با جرم زیاد وجود دارد.
او با انجام آزمایش معروف ورق طلا و پرتو آلفا به وجود هسته ی اتم پی برد.
چکیده ای از نظریه اتمی رادرفورد:
- بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل میدهد.
- اتم طلا هسته ای بسیار کوچک با جرم بسیار زیاد دارد.
- یک میدان الکتریکی قوی در اتم وجود دارد.
سال 1913 نیلز بور:
در مدل اتمی رادرفورد اشکالات و ابهاماتی دیده میشد.مثلا اینکه اگر الکترون ها در مداری به دور هسته در حال چرخش هستند.باید در کثری از ثانیه تمام انرژی خود را از دست بدهند و در و به طور مارپیچ روی هسته سقوط کنند.یعنی مدل سیاره ای اتم رادرفورد ناپایدار به نظر می آمد.
نیلز بور دریافت که نمی توان گردش الکترون هابه دور هسته را با فیزیک کلاسیک بررسی کرد و آن را کاملا مشابه سیاره ها و قوانین آنها در نظر گرفت.
نیلز بور برای اولین بار بر اساس شواهد و آزمایش قوانین کوانتوم را پایه ریزی کرد و مدل اتمی خود را ارائه کرد.مدل اتمی او درواقع اولین مدلی بود که قواعد کوانتومی در آن لحاظ شده بود و با قوانین کوانتومی کشف شده توسط انشتین و ماکس پلانگ درمورد فوتون ها نیز سازگار بود.
مدل اتمی نیلزبور به عنوان نخستین مدل کوانتومی اتم در تاریخ علم فیزیک اتمی جاودانه شد.
سال 1920 کشف پروتون:
دومین ذره سازنده ی اتم(بعد از الکترون) ، پروتون توسط رادرفورد و همکارانش شناسایی شد.همانطور که در بالا اشاره کردیم او ابتدا مدل اتم هسته دار خود را ارائه کرده بود و همچنان بر روی اجزای تشکیل دهنده اتم تحقیقات خود را ادامه میداد.تا اینکه به این نتیجه رسید که هسته ی اتم هیدروژن که سبک ترین ذره ی جهان است.در سایر اتم ها نیز وجود دارد و یکی از ذره ی تشکیل دهنده ی تمامی اتم های جهان است.
تحقیقات او 2 سال طول کشید و در نهایت در 24 اوت 1920 نام پروتون (به معنای اولین در زبان یونانی)را به انجمن پیشبرد علم بریتانیا پیشنهاد داد.
رادرفورد در همان سال متوجه شده بود که پروتون تنها جزء سازنده هسته نیست و ذره ی دیگری نیز در هسته وجود دارد که جرمی برابر پروتون دارد ولی باردار نیست.او وجود این ذره در هسته را پیش بینی کرده بود ولی نتوانست اثبات کند که وجود دارد.
سال 1925 کشف اسپین الکترون:
سال 1932 جیمز چادویک:
با اینکه رادرفورد دست آوردهای زیادی داشت ولی دانشمندان نظریه آخر او را که به وجود ذره ی دیگری در هسته ی اتم اشاره میکرد را بدون اثبات و آزمایش نمیپذیرفتند.
جیمز چادویک دانشجوی رادرفورد بود که توانست با انجام آزمایش هوشندانه وجود ذره ی دیگری در هسته بغیر از پروتون را اثبات کند.این ذره نوترون نام گرفت.
همانطور که مطالعه کردید سفر به زمان و بررسی تلاش های دانشمندان برای رسیدن به جواب سوالاتشان بسیار هیجان انگیز است.تیم سه فاز در تلاش است با انتشار مطالب علمی بیشتر گامی هرچند کوچک در پیشرفت و توسعه علم مخصوصا در زمینه برق و الکترونیک بردارد.
لطفا با نوشتن ایده ها و نظرات خود ما را در راستای رسیدن به اهدافمان یاری بفرمایید.
خرید از فرشگاه اینترنتی سه فاز
