موضوع مقاله: نظریه اتمی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نظریه اتمی | مقدمه: تاریخچه تاریخچهٔ تئوری اتمی به یونانی‌های قرن ششم پیش از میلاد و به ویژه مکتب اتم‌گرایی دموکریتوس برمی گردد. | ## بخش 1: نظریه اتمی | هرچند ارسطو این نظریه را نپذیرفت زیرا باور داشت که ماده تا جای محدودی قابلیت تقسیم شدن به ذرات کوچکتر را دارد. رابرت بویل در کتاب شیمی‌دان شکاک در سال ۱۶۶۱ و ایزاک نیوتن در کتاب اصول در سال ۱۶۸۷ و سپس در اثری به نام نورشناخت در سال ۱۷۰۴ وجود اتم را به شکلی پذیرفتند اما تنها در اوایل قرن ۱۹ بود که جان دالتون توانست خرد شدن متناسب یک ماده را به خوبی توضیح بدهد. دالتون تئوری خود را در ۳ بند جامع به شرح زیر بیان کرد: عناصر از ذرات بسیار ریزی به نام اتم تشکیل شده‌اند. در این واکنش‌ها، هیچ اتمی به وجود نمی‌آید یا از بین نمی‌رود و هیچ‌یک از اتم‌های یک عنصر به اتمی از عنصر دیگر تبدیل نمی‌شوند. امروزه می‌دانیم که بسیاری از عناصر دارای ایزوتوپهایی با جرم‌های اتمی متفاوت هستند؛ ولی می‌توان گفت که تمام اتم‌های یک عنصر به لحاظ شیمیایی یکسانند و اتم‌های یک عنصر با اتم‌های عناصر دیگر تفاوت دارند. قانون نسبت‌های معین که می‌گوید یک ترکیب خالص همیشه شامل عناصر یکسان با نسبت جرمی یکسان است،یعنی عناصر با نسبت های معینی با هم ترکیب میشوند. قانون نسبت های چندگانه اگر دو عنصر بیش از یک ترکیب را به وجود آورند، نسبت جرم عناصر سازنده در هر ترکیب عددی کوچک و صحیح خواهد بود. بر اساس این نظریه، دالتون توانست قانون سوم ترکیب شیمیایی یعنی قانون نسبت‌های چندگانه را بیان کند. بر مبنای این قانون، هنگامی که دو عنصر A و B بیش از یک جسم تشکیل دهند، نسبت مقادیری از A که در این اجسام با مقدار ثابتی B ترکیب شده‌است، اعداد صحیح و کوچکی خواهد بود. برای مثال اگر نیتروژن و اکسیژن به شکلی با هم ترکیب شوند که یک بار NO2 و بار دیگر N2O4تولید نمایند، نسبت وزنی اکسیژن که با مقدار نیتروژن ثابتی ترکیب شده‌است، ۲ به ۱ خواهد بود. البته معایب این نظریه این بود که با آن نمی‌توانست ماهیت‌های الکتریکی و پرتوزایی ماده را توضیح داد. دالتون باور داشت که تئوری اتمی وی می‌تواند دلیل جذب نسبت‌های متفاوتی از گازها توسط آب را توضیح دهد. مثلاً وی دریافته بود که آب دی‌اکسید کربن را بسیار بهتر از نیتروژن جذب می‌کند؛ بنابراین حدس زد که این امر نتیجه جرم بیشتر و بزرگ‌تر بودن مولکول C2Oنسبت به N2می‌باشد. وی سپس در سال ۱۸۰۵ نخستین فهرست از وزن‌های نسبی اتمی را برای برخی مواد ارائه داد اما روش محاسبات خود را به درستی شرح نداد. | ## بخش 2: نظریه اتمی | اما تامس تامسون یکی از نزدیکان وی در سال ۱۸۰۷ در ویرایش سوم کتاب سامانه شیمیایی روش‌های دالتون را توضیح داد. سپس خود دالتون در بین سال‌های ۱۸۰۸ تا ۱۸۱۰ در کتاب سامانه ای نو از فلسفه شیمی این مسئله را توضیح داد. وی با مرجع قرار دادن اتم هیدروژن به عنوان یکا، وزن‌های اتمی سایر اتم‌ها را با توجه به نسبت جرمی که آن‌ها با هم ترکیب می‌شوند تخمین زده بود. اما این مطلب که برخی اتم‌ها مثلاً O2 در حالت خالص به صورت مولکولی یافت می‌شوند را از قلم انداخته بود. به علاوه او به اشتباه تصور می‌کرد که ساده‌ترین حالت ترکیب بین دو عنصر همواره ترکیب یک اتم از هر کدام است؛ بنابراین مولکول آب را به اشتباه HOتصور نموده بود و نه H2O. همین فرض غلط به علاوه عدم دقت ابزار مورد استفاده او نتایج به دست آمده را توأم با خطا نموده بود. برای مثال در سال ۱۸۰۳ اعلام نمود که اتم‌های اکسیژن ۵/۵ برابر اتم‌های هیدروژن وزن دارند. زیرا او این میزان را با تکیه بر فرضی که گفته شد و پس از اندازه‌گیری ۵/۵ گرم اکسیژن به ازای هر گرم هیدروژن در یک نمونه آب گزارش داد. سپس با افزایش دقت محاسبات خود در سال ۱۸۰۶ به این نتیجه رسید که وزن اتمی اکسیژن ۷ برابر هیدروژن است. در همین زمان دانشمندان دیگری به این نتیجه رسیده بودند که اکسیژن ۸ برابر سنگین تر از هیدروژن است. در حالیکه امروز با در نظر گرفتن فرمول درست آب H2Oمی‌دانیم که اتم اکسیژن ۱۶ برابر از هیدروژن سنگین تر است. آمپروکلس مدل اتمی تامسون بعد از آن نظریه‌هایی توسط جوزف جان تامسون طی آزمایش‌هایی بر روی پرتو کاتدی که به نظریه کیک کشمشی یا هندوانه‌ای مشهور است، منتشر شد. سنگینی اتم ناشی از وجود تعداد زیاد الکترون در آن است (بیشتر جرم اتم مربوط به جرم الکترون است). البته قابل ذکر است که تامسون بارهای مثبت را بدون جرم در نظر گرفته بود و جرم اتم توسط الکترون‌ها ایجاد می‌شد. | ## بخش 3: نظریه اتمی | آزمایش مشهور صفحه طلای رادرفورد به وضوح سه بند مذکور را رد کرد و سبب شکل‌گیری مدل جدیدی برای توصیف اتم، به نام اتم هسته‌دار شد. پس از آن نیلز بور نظریه اتمی ای را که در مورد موارد تک الکترونی صحبت می‌کرد را بیان کرد. این نظریه با وجود برتری نسبی در مقایسه با نظریه‌های پیش از خود، به دلیل تناقض با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ و محدودیت در توصیف سیستم‌های چند الکترونی کنار گذاشته شد. سپس توسط شرودینگر نظریه کوانتومی بر مبنای مکانیک کوانتومی و با توجه به تابع سای در معادله شرودینگر مطرح شد که بر موجی رفتار کردن الکترون پایه شده بود. ایدهٔ این نظریه (نگاه موجی به ماده) برخلاف نظریهٔ موجود در زمینهٔ اثر فوتوالکتریک بود که به نور نگاه ماده‌گرایانه داشت. معادله شرودینگر اصل عدم قطعیت هایزنبرگ نشان می‌دهد که هرگونه کوششی برای گسترش الگوی بور، بی‌نتیجه است. اروین شرودینگر، با به کار بردن رابطه دوبروی، معادله‌ای برای توصیف الکترون بر مبنای خصلت موجی آن بیان کرد. هریک از این توابع موجی، به تراز انرژی مشخصی برای الکترون مربوط است و بیان‌گر ناحیه‌ای است که الکترون را در آن می‌توان یافت. چکیده مطالب نظریهٔ اتمی جدید، ریشه در کارهای جان دالتون دارد که نظریهٔ خود را بر قانون بقای جرم و قانون نسبت‌های معین، استوار کرد. یک اتم که کوچک‌ترین ذرهٔ یک عنصر برای ترکیب با اتم‌های سایر عناصر و تشکیل ترکیبات شیمیایی است، خود از ذرات ریز تری به نام ذرات بنیادی تشکیل شده‌است. ذرات بنیادی، یعنی الکترون، پروتون و نوترون، با استفاده از چند آزمایش کلاسیک شناسایی شدند و موقعیت آن‌ها در اتم مشخص گردید. الکترون، بار منفی، e-، دارد، پروتون دارای بار مثبت برابر با بار الکترون اما با علامت مخالف e+ است. اندازهٔ هسته، در مقایسه با اندازهٔ کلی اتم بسیار کوچک است، اما بخش اعظم جرم اتم را تشکیل می‌دهد و (به دلیل پروتون‌هاو نوترون‌هایش) بار مثبت دارد. شمار الکترون‌ها و پروتون‌های هسته در یک اتم خنثی برابر است، در نتیجه کل بار منفی برابر با کل بار مثبت است. | ## جمع‌بندی | تعداد الکترون‌های یون‌های یک اتمی (اتم‌های باردار یا حامله ) بیشتر از تعداد پروتون‌ها (یون‌های منفی)، یا کمتر از تعداد پروتون‌ها (یون‌های مثبت) است.