Будова атома і все що з цим пов’язано

Історія

Ще з давніх часів мислителі, філософи і перші вчені мужі припускали, що все суще, матерія, повітря, вода, все складається з таких собі дрібних частинок – атомів. Основоположником атомарної теорії будови світу був давньогрецький філософ і вчений Демокріт, хоча, швидше за все не він був першим автором цієї ідеї – Демокріт багато подорожував по тодішній ойкумені і вчення про будову атомів міг перейняти у халдейських і/або єгипетських жерців, за сумісництвом блискучих вчених стародавнього світу.

Згідно з вченням Демокріта навіть людська душа складається з атомів. Він також пояснював багато особливостей різних речовин, наприклад, вогонь, згідно Демокріта, тому пече, що атоми з яких він складається гострі, а тверді тіла саме тому тверді, що атоми з яких вони складаються міцно зчеплені між собою.

Вчення Демокріта викликало багато суперечок серед античних філософів (в цілому охочих до цього заняття), зокрема частим предметом дискусій і міркувань було питання про подільність/неподільність атома і якщо атом таки ділиться, міркували філософи, то чи діляться в свою чергу його найдрібніші частинки, і до яких пір відбувається цей поділ? Деякі ж мудреці вважали атом найменшою неподільною часткою, адже сама назва цього слова «atomos» на давньогрецькій означала «неподільний».

Правда античні мудреці далі теоретичних дискусій так і не зайшли, потім на зміну античності прийшло похмуре середньовіччя і стало не до атомів. Новий інтерес до атомів, основних відомостей про їх будову вже виник в XIX столітті, часу нового розквіту науки і техніки. Так вже з практичними дослідами вченим стало зрозуміло, що атом не є неподільним, а в 1860 році було сформульовано академічне поняття атома і молекули.

XX століття стало справжнім часом прориву наших знань про атом, в тому числі блискучі вчені фізики Нільс Бор і Ернест Резерфорд запропонували так звану планетарну модель атома, порівнявши його з планетної системою, де подібно до того як планети обертаються навколо Сонця, електрони в атомі обертаються навколо атомного ядра, що складається з протонів і нейтронів. Цікаво, що подібні міркування перегукуються з уявленнями древніх, адже ще легендарний Гермес Трисмегіст говорив «що вгорі, то внизу», або іншими словами будова планетних систем і галактик подібна будові найменшої дрібної частинки – атома.

Моделі

Крім моделі Бора/Резерфорда були й інші, наприклад, модель Томпсона, який вважав, що атом є позитивно зарядженим тілом, всередині якого розташовуються електрони. Цю модель спростував Резерфорд.

Також варто відзначити планетарну модель атома Нагаока, яка передбачала, що будова атома подібна до планети Сатурн, у якого навколо ядра обертаються об’єднані в кільця електрони.

Закономірним розвитком загальновизнаної планетарної моделі Бора/Резерфорда стала квантова модель будови атома, яка стверджує, що в ядрі атома знаходяться нейтрони (вони не мають заряду), позитивно заряджені протони, а навколо літають негативно заряджені електрони. При цьому траєкторії руху електронів відповідно до законів квантової механіки наперед не задані.

Зрозуміло, всі моделі будови атоми є досить спрощеними варіантами, справжня будова атома куди більш складна.

Періодичний закон Менделєєва

Будова і властивості атомів різних хімічних елементів прямо пов’язані з місцем останніх у знаменитій таблиці Менделєєва. Там вони розташовані згідно електричним розрядам своїх ядер, що залежить від кількості протонів (як пам’ятаємо заряджених позитивно) і електронів, що літають навколо ядра і заряджених негативно.

Електронна оболонка

Електронна оболонка атомів має рівно стільки електронів, скільки є в його ядрі протонів, саме завдяки цьому атом є нейтрально зарядженим – кількість позитивно і негативно заряджених частинок зрівноважують одна одну.

Формула

Поряд з появою планетарної теорії будови атома з’явилися і формули, що описують цю саме будову для атомів різних хімічних елементів. Наприклад, формулу будови атома азоту можна описати як – 1s²2s²2p³, будова атома натрію – 1s2²s²2p⁶3s¹. Ці формули показують, яка кількість електронів рухається по кожній з орбіт того чи іншого хімічного елемента.

Сучасна модель

У наш час фізика не стоїть на місці і з моменту створення канонічної планетарної моделі атома Бора/Резерфорда було зроблено багато цікавих відкриттів щодо влаштування атома. Так, наприклад, ми вже знаємо що протони, з яких складається атомне ядро, самі в свою чергу складаються з ще більш дрібних елементарних частинок – кварків. Але кварки, також далеко не найдрібніші частинки, менше їх відкриті загадкові нейтрино, про які на нашому сайті є цікава стаття.

Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка

При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.

Сторінка про автора