موضوع مقاله: اتم | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # اتم | مقدمه: هستهٔ اتم هلیوم-۴ (نشان داده شده در راست-بالا) که از دو پروتون و دو نوترون تشکیل شده است، در حقیقت کروی شکل بوده و شباهت زیادی به ابر الکترونی آن دارد. | ## بخش 1: اتم | (۰/۱ نانومتر) رده کوچک‌ترین جز در شیمی عناصر مشخصات جرم: ≈ ۱٫۸۹۶×۱۰ to 4.52×۱۰ kg بار الکتریکی: ۱۶۴ قطر: (قطر به عنصر و ایزتیبلپ اتم بستگی دارد) ۳۱ pm (He) تا 520 pm (Cs) انواع اتم‌های که تاکنون دیده شده است: ~۱۰۸۰> اتم کوچک‌ترین ذرهٔ تشکیل دهندهٔ ماده است و خواصی مشابه آن ماده دارد. مکتب اتم‌گرایی که از عقیدهٔ تشکیل مواد از ریزدانه‌های نادیدنی (در برابر عقیده به تفکیک‌پذیر بودن مواد تا بی‌نهایت) دفاع می‌کرد در تاریخ باستان نیز شناخته شده بود. اتم از یک هسته مرکزی با بار مثبت احاطه شده با ابر الکترونی با بار منفی تشکیل شده است. تعریف دیگری آن را به عنوان کوچک‌ترین واحدی در نظر می‌گیرد که ماده را می‌توان به آن تقسیم کرد بدون اینکه اجزاء بارداری از آن خارج شود.مقاله اتم، دانشنامه بریتانیکا اتم ابری الکترونی، تشکیل‌شده از الکترونها با بار الکتریکی منفی، که هستهٔ اتم را احاطه کرده است. هسته نیز خود از پروتون که دارای بار مثبت است و نوترون که از لحاظ الکتریکی خنثی است تشکیل شده است. زمانی که تعداد پروتون‌ها و الکترون‌های اتم با هم برابر هستند اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار دارد؛ در غیر این صورت آن را یون می‌نامند که می‌تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. تعداد پروتون‌های اتم مشخص‌کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترون‌ها مشخص‌کنندهٔ ایزوتوپ عنصر است.ویکی‌پدیای انگلیسی ۹۹٫۹۴٪ جرم یک اتم در هسته قرار دارد. نظریهٔ مکانیک کوانتومی تصویر پیچیده‌ای از اتم ارائه می‌دهد و این پیچیدگی دانشمندان را مجبور می‌کند که جهت توصیف خواص اتم به جای یک تصویر متوسل به تصاویر شهودی متفاوتی از اتم شوند. بعضی وقت‌ها مناسب است که به الکترون به عنوان یک ذرهٔ متحرک به دور هسته نگاه کرد و گاهی مناسب است به آن‌ها عنوان ذراتی که در امواجی با موقعیت ثابت در اطراف هستهمقاله اتم، دانشنامه بریتانیکا (مدار: orbits) توزیع شده‌اند نگاه کرد. ساختار مدارها تا حد بسیار زیادی روی رفتار اتم تأثیر گذارده و خواص شیمیایی یک ماده توسط نحوهٔ دسته‌بندی این مدارها معین می‌شود.مقاله اتم، دانشنامه بریتانیکا تاریخ نظریهٔ اتمی در فلسفه ایدهٔ اساسی که ماده از ذرات کوچک غیرقابل تقسیم تشکیل شده است، مربوط به گذشته است. کلمهٔ اتم از کلمهٔ یونان باستان آتوموس برگرفته شده است که به معنی غیرقابل تقسیم است. این ایده فاقد استدلال علمی بود، و در استدلال فلسفی ساخته شده بود و نظریهٔ اتمی مدرن مبتنی بر این مفاهیم قدیمی نیست. وی متوجه شد که در هر مولکول از یک مادهٔ مرکب معین، همواره نوع و تعداد نسبی اتم‌های سازندۂ آن یکسان است. به عنوان مثال، دو نوع اکسید قلع وجود دارد: یکی پودر سیاه و یکی پودر سفید که به ترتیب ۸۸/۱٪ قلع و ۱۱/۹٪ اکسیژن است و ۷۸/۷٪ قلع و ۲۱/۳٪ اکسیژن است. با تنظیم این ارقام، در اکسید سیاه به ازای هر ۱۰۰ گرم قلع حدود ۱۳/۵ گرم اکسیژن وجود دارد و در اکسید سفید به ازای هر ۱۰۰ گرم قلع، حدود ۲۷ گرم اکسیژن وجود دارد. در این اکسیدها، به ازای هر اتم قلع به ترتیب یک یا دو اتم اکسیژن وجود دارد (SnO و SnO2). همچنین جان دالتون به موارد زیر نیز در نظریهٔ اتمی خود اشاره کرد: ماده از ذره‌های تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده است. جی جی تامسون، در سال ۱۸۹۷ میلادی فهمید پرتوهای کاتدی امواج الکترومغناطیسی نیستند؛ بلکه متشکل از ذراتی هستند که ۱۸۰۰ برابر سبک‌تر از هیدروژن هستند. تامسون نشان داد که الکترون با ذرات منتقل شده توسط مواد فوتوالکتریک و رادیو اکتیو یکسان است. مولکول‌ها خودشان متشکل از اتم‌ها هستند که توسط پیوندهای شیمیایی به هم پیوند خورده‌اند. اتم‌ها خود از اجزاء ریزتری به نام هسته و الکترون تشکیل شده که توسط نیروهای الکتریکی به هم پیوند خورده‌اند و شکستن آن‌ها انرژی بسی بیشتری طلب می‌کند. | ## بخش 2: اتم | اگر سعی در شکستن این زیر اتمی با صرف انرژی زیاد بکنیم، کار ما باعث تولید شدن ذرات جدیدی می‌شویم که خیلی از آن‌ها بار الکتریکی دارند. هسته خود از پروتون (که بار مثبت دارد)، و نوترون (که بار خنثی دارد) تشکیل شده است. این سه ذره عمری طولانی داشته و در تمامی اتم‌های معمولی که به صورت طبیعی تشکیل می‌شوند یافت می‌شوند. به جز این سه ذره، ذرات دیگری نیز در ارتباط با آن‌ها ممکن است موجود باشد؛ می‌توان این ذرات دیگر را با صرف انرژی زیاد نیز تولید کرد ولی عموماً این ذرات زندگی کوتاهی داشته و از بین می‌روند. اتم‌ها مستقل از اینکه چند الکترون داشته باشند (۳ تا ۹۰ تا)، همه تقریباً یک اندازه دارند. به صورت تقریبی اگر ۵۰ میلیون اتم را کنار هم روی یک خط بگذاریم، اندازه آن یک سانتیمتر می‌شود. به دلیل اندازهٔ کوچک اتم‌ها، آن‌ها را با واحدی به نام آنگستروم که برابر ۱۰- ۱۰ متر است می‌سنجند. ذرات زیراتمی با وجود اینکه منظور از اتم ذره‌ای تجزیه ناپذیر بود، امروز می‌دانیم که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده است. در مدل استاندارد، الکترون‌ها ذرات بنیادی، هسته یعنی بدون ساختار داخلی، پنداشته می‌شوند؛ درحالی‌که پروتون‌ها و نوترون‌ها از ذرات دیگری به نام کوارک تشکیل شده‌اند. پروتون دارای بار مثبت (+) و نوترون بدون بار است؛ و در خارج از هسته الکترون وجود دارد که بار آن منفی (-) است. ابر الکترونی این مدل پیشنهاد شده توسط اروین شرودینگر و ایدهٔ چندین دانشمند و محقق در سال ۱۹۳۵ می‌باشد. در این مدل مانند مدل بور (منظومه شمسی) هسته عمدهٔ جرم اتم را تشکیل می‌دهد و در مرکز، الکترون با انرژی مختلف به دور هسته در گردش می‌باشد و الکترون‌ها در لایه‌ای با انرژی معینی وجود ندارند. مدل‌های اتمی مدل اتمی دموکریت دموکریت در ۵۰۰سال قبل از میلاد اوّلین تحقیق‌ها را در رابطه با اتم انجام داد. البته تعداد اندکی از آزمایش‌های او مورد قبول واقع گردید اما اصلی‌ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم بود. نظریه‌های او بسیار ابتدایی بود اما باید توجه داشت که تا زمانی که نمی‌توان اتم را به چشم دید صحبت در رابطه با آن نیز تنها حدس است. او بر این عقیده بود که: ماده ساختار ذرّه‌ای دارد یعنی از ذرّه‌های بسیار کوچکی ساخته شده است که خود آن را می‌توان تجزیه ناپذیر نامید. برای مثال مواد تیز و برنده یا ترش دارای اتمی با لبه‌های تیز به شکل‌هایی چون مثلث هستند یا مواد نرم و شیرین دارای شکلی دایره‌ای است (البته این مورد در نظرات بعدی کاملاً رد شده است). مدل اتمی دالتون نظریهٔ اتمی دالتون: جان دالتون نظریهٔ اتمی خود را با اجرای آزمایش در هفت بند بیان کرد. در هر مولکول از یک مادهٔ مرکب معین، همواره نوع و تعداد نسبی اتم‌های سازندۂ آن یکسان است. مواردی که نظریهٔ دالتون نمی‌توانست توجیه کند: پدیدهٔ برقکافت (الکترولیز) و نتایج مربوط به آن پیوند یونی - فرق یون با اتم خنثی پرتو کاتدی پرتوزایی و واکنش‌های هسته‌ای مفهوم ظرفیت در عناصر گوناگون پدیدهٔ ایزوتوپی نظریهٔ دالتون از سه قسمت اصلی (قانون بقای جرم - قانون نسبت‌ها معین - قانون نسبت‌های چندگانه) می‌باشد. مطالعهٔ اتم‌ها و ذرات ریزتر فقط به صورت غیرمستقیم و از روی رفتار (خواص) امکان‌پذیر است. | ## بخش 3: اتم | مواردی که به کشف و شناخت الکترون منجر شد: الکتریسیتهٔ ساکن یا مالشی پدیدهٔ الکترولیز (برقکافت) پرتو کاتدی پدیدهٔ پرتوزایی مدل اتمی جوزف تامسون مدل اتمی تامسون (کیک کشمشی، مدل هندوانه ای) الکترون با بار منفی، درون فضای ابرگونه با بار مثبت، پراکنده شده‌اند. این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به مجموع تعداد پروتون و نوترون آن بستگی دارد. مدل اتمی ارنست رادرفورد هر اتم دارای یک هستهٔ کوچک است که بیشتر جرم اتم در آن واقع است. حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می‌دهد. مدل اتمی نیلز بور دانمارکی او یکی از محققان موفّق در این راه بود که با وجود اشتباه بودن مدل او باز هم در خیلی مکان‌ها مانند انرژی اتمی از آن استفاده می‌شود. هسته در اتم در حجم کمی قرار دارد که اطراف آن الکترون‌ها بر روی مدارهایی مانند منظومهٔ شمسی به دور آن می‌چرخند. اطلاعات جدیدی اضافه شد: همچنین نیلز بور بر این باور بود که الکترونها بر روی مدارهایی به دور هستهٔ اتم پیوسته در حال گردش اند و این نظریه علاوه بر نارسا بودن، اطلاعات سودمندی در رابطه با ساختار اتم می‌دهد، منظور از نارسا بودن این است که شکل‌های الکترون‌ها به صورت ناقص ترسیم شده می‌باشد در حالی که امروزه می‌دانیم نظریهٔ کامل تری با نام مدل لایه‌ای عرضه شده است. مدل اتمی جیمز چادویک قطعاً مدل اتمی بور با اشکال قابل توجهی روبرو بود و آن هم نبود نوترون یا ماده‌ای بود که دافعهٔ بین پروتون‌ها در مرکز هسته را از بین ببرد. از اینرو چادویک با تأکید بر درستی مدل منظومه شمسی نیلز بور، با توضیح وجود نوترون در هستهٔ اتم، ایراد آن را برطرف کرد. البته دانشمندان بزرگی همچون اروین شرودینگر، پس از او نظریات اتمی بسیاری ارائه کرده‌اند، ولی هنوز هم (در رابطه با هستهٔ اتم)، کامل‌ترین نظریه متعلق به جیمز چادویک است. مدل اتمی شرودینگر (لایه‌ای) یک مدل اتمی است که امروزه پذیرفته شده است ولی هنوز از مدل اتمی بور برای نمایش اتم استفاده می‌شود. در این مدل مانند مدل بور هسته که عمدهٔ جرم اتم را تشکیل داده در مرکز اتم قرار دارد و الکترون‌ها با انرژی‌های مختلف به دور هسته در حال گردش هستند. با این تفاوت که در این مدل الکترون‌ها به شکل ابری که ابر الکترونی نامیده شده است در اطراف هستهٔ اتم و در فضای بسیار بزرگی که قطر آن ۱۰۰۰۰ برابر قطر هستهٔ اتم است در حرکت هستند. شنیده شدن صدای اتم محققان دانشگاه صنعتی چالمرز سوئد برای نخستین بار از صوت برای برقراری ارتباط با یک اتم مصنوعی استفاده کردند. تعامل بین اتم و نور پدیده‌ای شناخته شده است و به‌طور وسیعی در دانش کوانتومی به کار می‌رود، با این حال دستیابی به همان میزان تعامل با استفاده از امواج صوتی فرایندی چالش برانگیزتر است. هم‌اکنون، محققان دانشگاه چالمرز موفق به جفت کردن امواج صوتی با یک اتم مصنوعی شده‌اند و این موفقیت با همکاری فیزیک‌دانان نظری و تجربی حاصل شده است. «پر دلسینگ»، رهبر تیم تحقیقاتی تجربی، در این باره گفت: با صحبت کردن و گوش دادن به اتم‌ها دریچهٔ جدیدی را به جهان کوانتومی گشوده‌ایم. هدف بلندمدت ما مهارکردن فیزیک کوانتومی‌است به‌طوری که بتوانیم از قوانین آن نهایت استفاده را بکنیم به‌طور مثال، در ساخت رایانه‌های بی‌نهایت پرسرعت به‌کار ببریم. ما این کار را با خلق مدارهای الکتریکی انجام می‌دهیم که از قوانین کوانتومی تبعیت می‌کند. وی ادامه داد: یک اتم مصنوعی مثالی از چنین مدار الکتریکی کوانتومی است و درست مانند یک اتم طبیعی می‌توان آن را با انرژی شارژ کرد. | ## جمع‌بندی | با این حال، اتم موجود در آزمایش دانشمندان دانشگاه چالمرز برای ساطع‌کردن و جذب‌کردن انرژی در شکل صوت طراحی شده بود.