อะตอมคืออะไร? »นิยามและความหมาย

อะตอมเป็นหน่วยที่เล็กที่สุดของอนุภาคที่มีอยู่เป็นสารที่เรียบง่าย, ความสามารถในการแทรกแซงในการรวมกันของสารเคมี ตลอดหลายศตวรรษที่ผ่านมาความรู้อัน จำกัด ที่มีเกี่ยวกับอะตอมเป็นเพียงเรื่องของการคาดเดาและการตั้งสมมติฐานเท่านั้นจึงไม่สามารถหาข้อมูลที่เป็นรูปธรรมได้จนกระทั่งหลายปีต่อมา ในศตวรรษที่ 18 และ 19 จอห์นดาลตันนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษได้เสนอแนะการมีอยู่ของอะตอมว่าเป็นหน่วยที่เล็กมากซึ่งสสารทั้งหมดจะถูกประกอบขึ้นและกำหนดให้มีมวลและแสดงเป็นทรงกลมที่มั่นคงและแบ่งแยกไม่ได้

อะตอมคืออะไร

สารบัญ

เป็นหน่วยขั้นต่ำของสสารซึ่งประกอบด้วยของแข็งของเหลวและก๊าซ อะตอมถูกรวมกลุ่มเข้าด้วยกันสามารถเป็นชนิดเดียวกันหรือต่างกันเพื่อสร้างโมเลกุลซึ่งในทางกลับกันก็เป็นเรื่องของร่างกายที่มีอยู่ประกอบด้วย อย่างไรก็ตามนักวิทยาศาสตร์ได้พิจารณาแล้วว่ามีเพียง 5% ของสสารในจักรวาลเท่านั้นที่ประกอบด้วยอะตอมเนื่องจากสสารมืด (ซึ่งมีพื้นที่มากกว่า 20% ของจักรวาล) ประกอบด้วยอนุภาคที่ไม่รู้จักเช่นเดียวกับพลังงานมืด (ซึ่งครอง 70%)

ชื่อของมันมาจากอะตอมในภาษาละตินซึ่งแปลว่า"แบ่งแยกไม่ได้"และผู้ที่ให้คำศัพท์นี้คือDemocritus นักปรัชญาชาวกรีก (460-370 ปีก่อนคริสตกาล) และ Epicurus (341-270 ปีก่อนคริสตกาล)

นักปรัชญาเหล่านี้ซึ่งไม่ได้ทำการทดลองในการค้นหาคำตอบสำหรับคำถามเกี่ยวกับสิ่งที่เราประกอบด้วยและคำอธิบายของความเป็นจริงสรุปได้ว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะแบ่งแยกเรื่องอย่างไม่สิ้นสุดว่าควรมี "ด้านบน" ซึ่งหมายความว่า มันจะถึงขีด จำกัด ขั้นต่ำของสิ่งที่ทุกสิ่งประกอบด้วย พวกเขาเรียกสิ่งนี้ว่า "ด้านบน" เป็นอะตอมเนื่องจากอนุภาคขั้นต่ำนั้นไม่สามารถแบ่งได้อีกต่อไปและเอกภพจะประกอบขึ้นด้วยสิ่งนี้ควรเสริมว่าแนวคิดนี้ยังคงรักษาไว้ในปัจจุบันเมื่อพูดถึงอะตอมคืออะไร

ประกอบด้วยนิวเคลียสซึ่งมีโปรตอนอย่างน้อยหนึ่งตัวและจำนวนนิวตรอนเท่ากัน (ซึ่งสหภาพนี้เรียกว่า "นิวคลีออน) และพบอย่างน้อย 99.94% ของมวลในนิวเคลียสดังกล่าว ส่วนที่เหลืออีก 0.06% ประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่โคจรรอบนิวเคลียส ถ้าจำนวนอิเล็กตรอนและโปรตอนเท่ากันอะตอมจะเป็นกลางทางไฟฟ้า หากมีอิเล็กตรอนมากกว่าโปรตอนประจุของมันจะเป็นลบและถูกกำหนดให้เป็นแอนไอออน และถ้าจำนวนโปรตอนเกินอิเล็กตรอนประจุของมันจะเป็นบวกและเรียกว่าไอออนบวก

ขนาดของมันมีขนาดเล็กมาก (ประมาณหนึ่งหมื่นล้านเมตร) หากวัตถุถูกแบ่งออกเป็นจำนวนมากจะไม่มีวัสดุใด ๆ ที่มันสร้างขึ้นมาอีกต่อไป แต่อะตอมของธาตุจะยังคงอยู่ เมื่อรวมกันแล้วพวกมันก่อตัวขึ้นและสิ่งเหล่านี้แทบจะมองไม่เห็น อย่างไรก็ตามไม่ใช่ว่าอะตอมทุกประเภทจะมีรูปร่างและขนาดเท่ากันเนื่องจากจะขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ

องค์ประกอบของอะตอม

อะตอมมีส่วนประกอบอื่น ๆ ที่ประกอบขึ้นเรียกว่าอนุภาคย่อยของอะตอมซึ่งไม่สามารถดำรงอยู่ได้โดยอิสระเว้นแต่จะอยู่ภายใต้สภาวะพิเศษและมีการควบคุม อนุภาคเหล่านี้ ได้แก่ อิเล็กตรอนซึ่งมีประจุลบ โปรตอนซึ่งมีประจุบวก และนิวตรอนซึ่งมีประจุเท่ากันซึ่งทำให้เป็นกลางทางไฟฟ้า พบโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส (ศูนย์กลาง) ของอะตอมโดยสร้างสิ่งที่เรียกว่านิวคลีออนและอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส

โปรตอน

อนุภาคนี้พบได้ในนิวเคลียสของอะตอมโดยสร้างเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีออนและประจุของมันเป็นบวก พวกมันมีส่วนร่วมประมาณ 50% ของมวลของอะตอมและมวลของพวกมันเทียบเท่ากับ 1836 เท่าของอิเล็กตรอน อย่างไรก็ตามพวกมันมีมวลน้อยกว่านิวตรอนเล็กน้อย โปรตอนไม่ใช่อนุภาคมูลฐานเนื่องจากประกอบด้วยสามควาร์ก (ซึ่งเป็นเฟอร์มิออนชนิดหนึ่งซึ่งเป็นหนึ่งในอนุภาคมูลฐานสองอนุภาคที่มีอยู่)

จำนวนโปรตอนในอะตอมเป็นปัจจัยชี้ขาดในการกำหนดประเภทขององค์ประกอบ ตัวอย่างเช่นอะตอมของคาร์บอนมีโปรตอนหกตัวในขณะที่อะตอมของไฮโดรเจนมีโปรตอนเพียงตัวเดียว

อิเล็กตรอน

พวกมันเป็นอนุภาคลบที่โคจรรอบนิวเคลียสของอะตอม มวลของมันน้อยมากจนถือว่าใช้แล้วทิ้ง โดยปกติจำนวนอิเล็กตรอนในอะตอมจะเหมือนกับโปรตอนดังนั้นประจุทั้งสองจึงยกเลิกซึ่งกันและกัน

อิเล็กตรอนของอะตอมต่าง ๆ เชื่อมโยงกันด้วยแรงคูลอมบ์ (ไฟฟ้าสถิต) และเมื่อแบ่งปันและแลกเปลี่ยนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งจะทำให้เกิดพันธะเคมี มีอิเล็กตรอนที่สามารถเป็นอิสระโดยไม่ต้องยึดติดกับอะตอมใด ๆ และวงโคจรที่เชื่อมโยงกันสามารถมีวงโคจรที่มีขนาดต่างกันได้ (ยิ่งรัศมีวงโคจรมากเท่าใดพลังงานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น)

อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคมูลฐานเนื่องจากเป็นชนิดของเฟอร์มิออน (เลปตัน) และไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยองค์ประกอบอื่นใด

นิวตรอน

มันเป็นอนุภาคที่เป็นกลางของอะตอมกล่าวคือมีประจุบวกและประจุลบเท่ากัน มวลของมันสูงกว่าโปรตอนเล็กน้อยซึ่งเป็นนิวเคลียสของอะตอม

เช่นเดียวกับโปรตอนนิวตรอนประกอบด้วยสามควาร์กสองตัวจากมากไปหาน้อยโดยมีประจุ -1/3 และอีกหนึ่งตัวจากน้อยไปมากหรือขึ้นโดยมีประจุ +2/3 ทำให้มีประจุรวมเป็นศูนย์ซึ่งทำให้มีความเป็นกลาง นิวตรอนโดยตัวมันเองไม่สามารถอยู่นอกนิวเคลียสได้เนื่องจากชีวิตโดยเฉลี่ยนอกนิวเคลียสอยู่ที่ประมาณ 15 นาที

ปริมาณนิวตรอนในอะตอมไม่ได้กำหนดลักษณะของมันเว้นแต่จะเป็นไอโซโทป

ไอโซโทป

พวกเขาเป็นประเภทของอะตอมซึ่งมีองค์ประกอบนิวเคลียร์ไม่ได้เป็นธรรม; นั่นคือมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกัน ในกรณีนี้อะตอมที่ประกอบขึ้นเป็นองค์ประกอบเดียวกันจะแตกต่างกันโดยมีจำนวนนิวตรอนที่มีอยู่

ไอโซโทปมีสองประเภท:

• ตามธรรมชาติพบได้ในธรรมชาติเช่นเดียวกับอะตอมของไฮโดรเจนซึ่งมีสามตัว (โปรเทียมดิวเทอเรียมและไอโซโทป) หรืออะตอมของคาร์บอนซึ่งมีสามตัว (คาร์บอน -12 คาร์บอน -13 และคาร์บอน -14 ซึ่งแต่ละตัวมียูทิลิตี้ต่างกัน)
• เทียมซึ่งผลิตในสภาพแวดล้อมที่มีการควบคุมซึ่งอนุภาคย่อยของอะตอมถูกทิ้งระเบิดไม่เสถียรและมีกัมมันตภาพรังสี

มีไอโซโทปที่เสถียร แต่ความเสถียรดังกล่าวมีความสัมพันธ์กันเนื่องจากแม้ว่าจะมีกัมมันตภาพรังสีในลักษณะเดียวกันระยะเวลาการแตกตัวของมันจะยาวนานเมื่อเทียบกับการดำรงอยู่ของดาวเคราะห์

องค์ประกอบของอะตอมถูกกำหนดอย่างไร

อะตอมจะแตกต่างหรือกำหนดโดยปัจจัยหลายประการ ได้แก่:

• จำนวนโปรตอน: การเปลี่ยนแปลงในจำนวนนี้อาจทำให้เกิดองค์ประกอบที่แตกต่างกันเนื่องจากเป็นตัวกำหนดองค์ประกอบทางเคมีที่เป็นของ
• จำนวนนิวตรอน: ระบุไอโซโทปของธาตุ

แรงที่ดึงดูดโปรตอนอิเล็กตรอนเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า; ในขณะที่สิ่งที่ดึงดูดโปรตอนและนิวตรอนคือนิวเคลียร์ซึ่งมีความเข้มมากกว่าอันแรกซึ่งขับไล่โปรตอนที่มีประจุบวกออกจากกัน

ถ้าจำนวนโปรตอนในอะตอมสูงแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่ขับไล่พวกมันจะแข็งแกร่งกว่านิวเคลียร์มีความเป็นไปได้ที่นิวคลีออนจะถูกขับออกจากนิวเคลียสทำให้เกิดการแตกตัวของนิวเคลียร์หรือเรียกอีกอย่างว่ากัมมันตภาพรังสี; ในภายหลังส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนรูปนิวเคลียร์ซึ่งเป็นการเปลี่ยนองค์ประกอบหนึ่งไปเป็นอีกองค์ประกอบหนึ่ง (การเล่นแร่แปรธาตุ)

แบบจำลองอะตอมคืออะไร

เป็นโครงร่างที่ช่วยกำหนดว่าอะตอมคืออะไรองค์ประกอบของมันการกระจายตัวและลักษณะที่นำเสนอ นับตั้งแต่กำเนิดคำนี้ได้มีการพัฒนาแบบจำลองอะตอมที่แตกต่างกันซึ่งทำให้เราเข้าใจโครงสร้างของสสารได้ดีขึ้น

แบบจำลองอะตอมที่เป็นตัวแทนมากที่สุด ได้แก่:

แบบจำลองอะตอมของบอร์

นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก Niels Bohr (1885-1962) หลังจากการศึกษากับอาจารย์ของเขานักเคมีและฟิสิกส์ Ernest Rutherford ได้รับแรงบันดาลใจจากรุ่นหลังที่จะเปิดเผยตัวเขาเองเอาอะตอมไฮโดรเจนเป็นคู่มือ

แบบจำลองอะตอมของบอร์ประกอบด้วยระบบดาวเคราะห์ชนิดหนึ่งซึ่งนิวเคลียสอยู่ตรงกลางและอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ เหมือนดาวเคราะห์ในวงโคจรที่เสถียรและเป็นวงกลมโดยที่ระบบที่ใหญ่กว่าจะเก็บพลังงานได้มากกว่า ซึ่งรวมถึงการดูดซับและการปล่อยก๊าซทฤษฎีการหาปริมาณของ Max Planck และเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกของ

Albert Einstein

อิเล็กตรอนสามารถกระโดดจากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงโคจรหนึ่งได้: ถ้ามันเปลี่ยนจากพลังงานที่ต่ำกว่าไปยังอีกพลังงานหนึ่งที่มีพลังงานสูงกว่ามันจะเพิ่มพลังงานควอนตัมสำหรับแต่ละวงโคจรที่มันไปถึง สิ่งที่ตรงกันข้ามจะเกิดขึ้นเมื่อมันเปลี่ยนจากพลังงานที่สูงขึ้นไปสู่พลังงานที่ต่ำกว่าซึ่งไม่เพียงลดลง แต่ยังสูญเสียไปในรูปของรังสีเช่นแสง (โฟตอน)

อย่างไรก็ตามแบบจำลองอะตอมของบอร์มีข้อบกพร่องเนื่องจากไม่สามารถใช้กับอะตอมประเภทอื่นได้

แบบจำลองอะตอมของดาลตัน

John Dalton (1766-1844) นักคณิตศาสตร์และนักเคมีเป็นผู้บุกเบิกการตีพิมพ์แบบจำลองอะตอมด้วยพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์ซึ่งเขาระบุว่าอะตอมนั้นคล้ายกับลูกบิลเลียดนั่นคือเป็นทรงกลม

แบบจำลองอะตอมของดาลตันกำหนดแนวทางของเขา (ซึ่งเขาเรียกว่า "ทฤษฎีอะตอม") ว่าอะตอมไม่สามารถแบ่งออกได้ นอกจากนี้ยังระบุว่าอะตอมขององค์ประกอบเดียวกันมีคุณสมบัติเหมือนกันรวมทั้งน้ำหนักและมวลด้วย ว่าถึงแม้พวกเขาสามารถนำมารวมกันพวกเขายังคงแบ่งแยกกับความสัมพันธ์ที่เรียบง่าย; และสามารถรวมกันในสัดส่วนที่ต่างกันกับอะตอมประเภทอื่น ๆ เพื่อสร้างสารประกอบต่างๆ (การรวมกันของอะตอมตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป)

แบบจำลองอะตอมของดาลตันนี้ไม่สอดคล้องกันเนื่องจากไม่ได้อธิบายถึงการมีอยู่ของอนุภาคย่อยของอะตอมเนื่องจากไม่ทราบว่ามีอิเล็กตรอนและโปรตอนอยู่ และไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ของกัมมันตภาพรังสีหรือกระแสของอิเล็กตรอน (รังสีแคโทด); นอกจากนี้ยังไม่คำนึงถึงไอโซโทป (อะตอมของธาตุเดียวกันที่มีมวลต่างกัน)

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

ยกขึ้นโดยนักฟิสิกส์และนักเคมี Ernest Rutherford (1871-1937), รุ่นนี้คือความคล้ายคลึงกับระบบพลังงานแสงอาทิตย์แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดระบุว่าเปอร์เซ็นต์สูงสุดของมวลของอะตอมและส่วนที่เป็นบวกนั้นพบในนิวเคลียส (ศูนย์กลาง) และส่วนที่เป็นลบหรืออิเล็กตรอนจะหมุนรอบตัวมันในวงโคจรรูปไข่หรือวงกลมโดยมีสุญญากาศกั้นอยู่ ดังนั้นจึงกลายเป็นแบบจำลองแรกที่แยกอะตอมออกเป็นนิวเคลียสและเปลือกหอย

นักฟิสิกส์ได้ทำการทดลองซึ่งเขาได้คำนวณมุมของการกระจัดกระจายของอนุภาคเมื่อกระทบกับฟอยล์สีทองและสังเกตเห็นว่ามีบางส่วนที่กระเด้งในมุมที่ไม่เข้ากันจึงสรุปได้ว่านิวเคลียสของพวกมันต้องมีขนาดเล็ก แต่มีความหนาแน่นสูง ต้องขอบคุณรัทเทอร์ฟอร์ดซึ่งเป็นนักเรียนของ JJ Thomson ความคิดแรกเกี่ยวกับการมีนิวตรอนก็มีเช่นกัน ความสำเร็จอีกประการหนึ่งคือการตั้งคำถามว่าประจุบวกในนิวเคลียสสามารถอยู่ร่วมกันได้อย่างไรในปริมาณที่น้อยเช่นนี้ซึ่งต่อมาได้นำไปสู่การค้นพบปฏิสัมพันธ์พื้นฐานอย่างหนึ่งนั่นคือแรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่ง

แบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ดก็ไม่สอดคล้องกันในขณะที่มันขัดแย้งกับกฎหมายของ Maxwell บนแม่เหล็กไฟฟ้า; และไม่ได้อธิบายปรากฏการณ์ของการแผ่รังสีพลังงานในการเปลี่ยนอิเล็กตรอนจากสถานะพลังงานสูงเป็นพลังงานต่ำ

แบบจำลองอะตอมของทอมสัน

นักวิทยาศาสตร์และผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ปี 1906 โจเซฟจอห์นทอมสัน (1856-1940) แบบจำลองอะตอมของทอมสันอธิบายอะตอมว่าเป็นมวลทรงกลมที่มีประจุบวกซึ่งมีอิเล็กตรอนแทรกอยู่เช่นพุดดิ้งลูกเกด จำนวนอิเล็กตรอนในแบบจำลองนี้เพียงพอที่จะทำให้ประจุบวกเป็นกลางและการกระจายของมวลบวกและอิเล็กตรอนเป็นแบบสุ่ม

เขาทดลองกับรังสีแคโทด: ในหลอดสุญญากาศเขาส่งรังสีปัจจุบันด้วยแผ่นเปลือกโลกสองแผ่นทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่เบี่ยงเบนพวกมัน ดังนั้นเขาจึงพิจารณาว่ากระแสไฟฟ้าประกอบด้วยอนุภาคอื่น การค้นพบการมีอยู่ของอิเล็กตรอน

แต่แบบจำลองอะตอมของทอมสันเป็นช่วงสั้น ๆ ไม่เคยมีการยอมรับทางวิชาการ คำอธิบายโครงสร้างภายในของอะตอมไม่ถูกต้องเช่นเดียวกับการกระจายของประจุไม่ได้คำนึงถึงการมีอยู่ของนิวตรอนและไม่ทราบเกี่ยวกับโปรตอน และไม่ได้อธิบายถึงความสม่ำเสมอของตารางธาตุ

อย่างไรก็ตามเรื่องนี้การศึกษาของเขาเป็นพื้นฐานสำหรับการค้นพบในภายหลังเนื่องจากจากแบบจำลองนี้ทำให้ทราบถึงการดำรงอยู่ของอนุภาคย่อยของอะตอม

มวลอะตอม

แทนด้วยตัวอักษร A มวลรวมของโปรตอนและนิวตรอนที่มีอยู่ในอะตอมเรียกว่ามวลอะตอมโดยไม่ต้องคำนึงถึงอิเล็กตรอนเนื่องจากมวลของมันมีขนาดเล็กมากจนสามารถละทิ้งได้

ไอโซโทปคือรูปแบบของอะตอมของธาตุเดียวกันที่มีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนต่างกันดังนั้นมวลอะตอมของมันจะแตกต่างกันแม้ว่าจะมีความคล้ายคลึงกันมากก็ตาม

เลขอะตอม

มันแสดงด้วยตัวอักษร Zและหมายถึงจำนวนโปรตอนที่มีอยู่ในอะตอมซึ่งมีจำนวนอิเล็กตรอนเท่ากัน ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟปี 1869 เรียงลำดับจากน้อยที่สุดไปหามากที่สุดตามเลขอะตอม