Атомная теория

Атомная теория Демокрита

Демокрит считал, что если снова и снова разрезать что-то пополам, то в конце концов придется остановиться. Он сказал, что этот последний кусок материи не может быть разрезан еще меньше. Демокрит назвал эти маленькие кусочки материи атомами, что означает "неделимый". Он считал, что атомы будут существовать вечно, никогда не изменятся и не могут быть уничтожены. Демокрит считал, что между атомами ничего нет и что все, что нас окружает, можно объяснить, если понять, как работают атомы.

Некоторые другие философы соглашались, а другие не соглашались. У них не было возможности экспериментально показать, верна его теория или нет.

Атомная теория Босковича

В 1758 году Роже Жозеф Боскович описал предшественника атомной теории.

Атомная теория Дальтона

В 1803 году английский ученый Джон Дальтон, родившийся в Камберленде, переработал теорию Демокрита следующим образом:

1. Вся материя состоит из атомов.
2. Что атомы - это неделимые и невидимые частицы.
3. Что атомы одного и того же элемента имеют одинаковый тип и массу.
4. Атомы, составляющие химические соединения, присутствуют в установленных пропорциях.
5. Химические изменения соответствуют реорганизации атомов, участвующих в химической реакции.

Дальтон определил атом как основную единицу элемента, которая может участвовать в химической комбинации.

Атомная модель Томсона

В 1850 году сэр Уильям Крукс сконструировал "разрядную трубку", которая представляет собой стеклянную трубку с удаленным воздухом и металлическими электродами на концах, подключенную к источнику высокого напряжения. При создании вакуума в трубке можно наблюдать световой разряд, идущий от катода (отрицательно заряженного электрода) к аноду (положительно заряженному электроду). Крукс назвал это излучение "катодными лучами".

После экспериментов с катодными лучами сэр Джозеф Джон Томсон установил, что испускаемый луч формируется отрицательными зарядами, поскольку они притягиваются положительным полюсом. Томсон знал, что атомы электрически нейтральны, но он установил, что для этого атом должен иметь одинаковое количество отрицательных и положительных зарядов. Отрицательные заряды были названы электронами (e-).

В соответствии с установленными предположениями о нейтральном заряде атомов Томсон предложил первую атомную модель, которая описывалась как положительно заряженная сфера, в которую были инкрустированы электроны (с отрицательным зарядом). Она известна как модель сливового пудинга.

В 1906 году Роберт Милликан определил, что электроны имеют кулоновский (С) заряд -1,6 * 10⁻¹⁹, что позволило рассчитать его массу как крошечную, равную 9,109 * 10⁻³¹ кг.

В то же время эксперименты Евгения Гольдштейна в 1886 году с катодными разрядными трубками позволили ему установить, что положительные заряды имеют массу 1,6726 * 10⁻²⁷ кг и электрический заряд +1,6 * 10 С⁻¹⁹. Позже лорд Эрнест Резерфорд назвал эти положительно заряженные частицы протонами.

Схематическое изображение модели Томсона.

Атомная модель Резерфорда

В 1910 году новозеландский физик Эрнест Резерфорд выдвинул идею о том, что положительные заряды атома находятся в основном в его центре, в ядре, а электроны (e-) - вокруг него.

Резерфорд продемонстрировал это, когда использовал источник альфа-излучения (из гелия) для поражения очень тонких золотых листов, окруженных абажуром из сульфида цинка, который излучал видимый свет при поражении альфа-излучением. Этот эксперимент был назван экспериментом Гейгера-Марсдена или экспериментом с золотой фольгой.

К этому моменту основные элементы атома были ясны, плюс открытие, что атомы элемента могут встречаться в изотопах. Изотопы различаются по количеству нейтронов, присутствующих в ядре. Хотя эта модель была хорошо понятна, современная физика развивалась дальше, и современные идеи не могут быть легко понятны. Некоторое представление о современной атомной физике можно найти по ссылкам в таблице ниже.

Атомный эксперимент лорда Эрнеста Резерфорда

Современная физика

Атомы не являются элементарными частицами, потому что они состоят из субатомных частиц, таких как протоны и нейтроны. Протоны и нейтроны также не являются элементарными частицами, потому что они состоят из еще более мелких частиц, называемых кварками, соединенных вместе другими частицами, называемыми глюонами (потому что они "склеивают" кварки вместе в атоме). Кварки являются элементарными, потому что кварки не могут быть разложены на части.