Rozwój poglądów na budowę atomu
Gdyby cała nauka miała ulec zniszczeniu w jakimś
kataklizmie i tylko jedno zdanie można by uratować
od zagłady i przekazać następnym pokoleniom, jakie
zdanie zawierałoby największą ilość informacji w
możliwie najmniejszej liczbie słów? W moim przekonaniu
byłoby to zdanie formułujące hipotezę atomistyczną,
że wszystko składa się z atomów.
Richard P. Feynman
fizyk, laureat Nagrody Nobla
Pojęcie atomu pojawiło się w IV w p.n.e.. Wprowadził je grecki filozof Demokryt z
Abdery. Pochodzi ono od greckiego słowa "atomas" (niepodzielny). W XIX w dokonano
odkryć naukowych, które utworzyły pojęcie niepodzielnego atomu i ujawniły istnienie
wewnętrznych składników atomu. Zatem termin "atom" ma znaczenie historyczne. W
1804 roku angielski uczony John Dalton opracował hipotezę o atomistyczno-
cząsteczkowej teorii budowie materii. Następnie opracowanie to zostało udowodnione
naukowo. W wersji współczesnej obowiązuje do dzisiaj.
Starożytni filozofowie rozważali jedną z cech materii: jej ciągłość. Czy jest ciągła czy
nieciągła? Czy da się dzielić w nieskończoność? Ilustrować to można rozumowaniem
starożytnych o dzieleniu kawałka pręta miedzianego na połowę. Jedną połowę ponownie
dzieli się na pół, a drugą połowę odrzuca. Czy można tak dzielić pręt w nieskończoność?
Intuicyjne przeczucia o nieciągłej, ziarnistej budowie materii pojawiły się już 2500 lat
temu. Greccy filozofowie Leukip i Demokryt stwierdzili, że istnieją najmniejsze,
niepodzielne cząstki, które poruszają się w nieskończonej próżni. " Nie ma nic, prócz
atomów i pustej przestrzeni, wszystko pozostałe jest złudzeniem." Stwierdzenie to oparte
zostało na obserwacjach prostych zjawisk przyrody, obserwowanych także dziś:
schnięcie wilgotnej tkaniny czy rozprzestrzenianie się zapachu perfum po otwarciu
flakonu.
Atom uważany był za cząstkę niepodzielną, zachowującą właściwości materii. Ursinus
Leopolita ze Lwowa w XIV w. określił atomy jako "niesiekome", to znaczy nie dające się
podzielić. Dziś wiemy, że niezwykle małe atomy są jednak podzielne. Atom jest
wprawdzie kresem podziału pierwiastka, ale nie jest kresem podziału materii.
W pierwszej połowie XIX w. J. Dalton, angielski fizyk i chemik, uściślił pojęcie atomu i
sformułował główne założenia teorii atomistyczno- cząsteczkowej.
VII postulatów współczesnej teorii Daltona:
1) Każdy pierwiastek chemiczny jest zbiorem małych cząsteczek zwanych atomami.
Wszystkie atomy tego samego pierwiastka mają takie same własności chemiczne.
2) Atomy różnych pierwiastków różnią się od siebie cechami fizycznymi i chemicznymi.
Istnieje tyle rodzajów atomów ile mamy pierwiastków
3) Atom danego pierwiastka nie może ulec przekształceniu w atom innego pierwiastka na
drodze zwykłej reakcji chemicznej.
4) A
ączenie się pierwiastków w związki chemiczne polega na łączeniu się atomów
różnych pierwiastków w większe zespoły zwane cząsteczkami.
5) Związek chemiczny jest zbiorem cząsteczek. Wszystkie cząsteczki danego związki
chemicznego zawierają tę samą liczbę tych samych atomów i mają identyczne własności
chemiczne.
6) Rozłożenie związku chemicznego na pierwiastki polega na rozpadzie cząsteczek na
atomy
7) Atomy tego samego pierwiastka mogą połączyć się w cząsteczki np: O2.
Już po ogłoszeniu tej teorii obserwacje procesu elektrolizy- prace Faradaya jako
pierwsze zwróciły uwagę na podzielność atomów. Badania prowadzone w drugiej
połowie XIX w., dotyczące wyładowań elektrycznych w rurkach z gazem rozrzedzonym
doprowadziły w 1896 r. do odkrycia przez fizyka angielskiego J. J. Thomsona tak
zwanych promieni katodowych, będących strumieniem elektronów. Przy okazji, oprócz
promieni katodowych odkryto inny rodzaj promieniowania- zawierało ono dodatnio
naładowane atomy wodoru H + ,czyli protony. Fizyk i chemik francuski A. H. Becquerel w
1896 r. odkrył zjawisko promieniotwórczości- promieniowanie wysyłane z rudy uranowej
powodowało naświetlanie kliszy fotograficznej w ciemności. Rok 1897 - to odkrycie
promieni Roentgena. Kolejni badacze to Maria Skłodowska- Curie i Piotr Curie -
prowadząc dokładniejsze badania promieniowania z blendy uranowej odkryli nowe
pierwiastki promieniotwórcze: rad i polon ( 1898 r.). W rezultacie badań nad
promieniotwórcz!
ością stwierdzono, iż emitowane promieniowanie składa się z cząstek o ładunku
dodatnim, ze strumienia cząstek o ładunku ujemnym oraz z promieniowania, które nie
wykazywało ładunku elektrycznego.
W 1911 roku E. Rutherford, fizyk angielski, odkrył jądro atomowe. Badając, wraz ze
współpracownikami Geigerem i Marsdenem, przenikliwość cząstek "alfa", sformułował
hipotezę, iż masa atomu jest skupiona w małym, dodatnio naładowanym punkcie
centralnym, czyli jądrze; o dużej masie i otoczonego chmurą elektronów. W porównaniu
z jądrem, elektrony mają masę tak małą, że się ją pomija. Hipotezę tą w 1913 roku
uzupełnił fizyk duński N. Bohr przyjmując założenie, że elektrony krążą wokół jądra po
ściśle określonych "orbitach", a ich energia przybiera określone wartości czyli jest
"skwantowana". Aby dopełnić całości obrazu należy wspomnieć również o odkryciu przez
J. Chadwicka w 1932 roku neutronu.
Neutron jest to, elektrycznie obojętna cząstka subjądrowa, złożona z kwarków, składnik
jądra atomowego (oprócz najprostszego jądra wodoru). Swobodny neutron jest nietrwały
i rozpada się na proton, elektron i antyneutrino.
Uproszczona budowa atomu W centralnej części atomu znajduje się dodatnio
naładowane jądro w którym znajdują się protony i neutrony. Za zwartą strukturę jądra
atomowego odowiadaja siły jądrowe. Natura tych sił nie została do dzisiaj poznana. Do
okoła jądra w bardzo znacznej od niego odległości, bezustannie i z ogromną prędkością
krążą po eliptycznych torach elektrony. Między jądrem a elektronami istnieje jakby wolna
przestrzeń. Tę pozornie pustą przestrzeń wypełnia chmura elektronowa i ich pole
elektromagnetyczne. Elektrony krążą z prędkością około 6 mld okrążeń na
mikrosekundę! W rezultacie w danej chwili elektron znajduje się wszędzie dokoła jądra i
tworzy coś w rodzaju chmury elektryczności ujemnej. elektrony krążące w tej samej
odległości od jądra tworzą powłokę elektronową. powłok tych może być maksymalnie 7.
Oznaczamy je w kolejności od jądra symbolami literowymui: K,L,M,N,O,P. Sposób
rozmieszczenia elektronów na powłokach nazywamy konfiguracją eklektronową. Przy
rozpisywaniu tej konfiguracji pomocny jest wzór 2n2 określający maksymalną liczbę
elektronów na danehj powłoce (n- numer powłoki w kolejności od jądra). Elektrony
krążące po ostatniej powłoce nazywają się elektronami walencyjnymi i określają
wartościowość pierwiastka.
protony (p)- są to cząstki elementarne posiadające jednostkowy ładunek dodatni +1 oraz
jednostkową masę około 1,0073 u
neutrony (n) - cząstki elementarne posiadające jednostkową masę około 1,0087 u i są
pozbawione ładunku elektrycznego.
elektrony (e) - cząstki elementarne obdarzone jednostkowym ładunkiem ujemnym -1 i
bardzo małą masą równą 1/1846 u (dokładnie 0,00055 u ) Są więc praktycznie
pozbawione masy
Data dodania: 2002-12-12
Autor pracy: Krzysztof Michałek