הרעיון שכל החומרים בעולם מורכבים מאטומים נולד במאה החמישית לפני הספירה, כאשר ההוגה היווני העתיק דמוקריטוס הציע שכל מה שקיים מורכב מהחלקיקים הזזים הקטנים ביותר. אפשר רק להניח שסביר להניח שזה לא חסר משמעות. במשך מאות שנים רבות לאחר הדמוקריטוס, אטומים נזכרו מעת לעת, אך השערה זו לא הייתה פופולרית באותם זמנים מרוחקים. במאה ה -19, ההשערה האטומית הופיעה שוב באופק המדעי.
מודלים של מבנה האטום
מדענים חיפשו מודל שיכול לתאר באופן משביע רצון את תמונת העולם האמיתית. האטום התגלה כמודל מתאים מאוד. אומנם לא ניתן לראות אטומים, אך בכך שהם מאפשרים להם להתקיים, המדענים יכלו להסביר את מה שהם צפו בניסויים שלהם ובטבעם.
מדענים היו משוכנעים בקיומם של אטומים הרבה לפני שהצליחו להוכיח זאת. המודל עבד, אף כי איש לא יכול היה להוכיח את אמיתותו. לדוגמה, בראשית המאה ה -19 גילה המדען האנגלי ג'ון דלטון, שחקר את חוקי התגובות הכימיות, ששני חומרים מגיבים תמיד כימית באותה פרופורציה קבועה. לדוגמא, השילוב של חלק אחד של חמצן ושני חלקים של מימן נותן מים.
זה הציע כי האטומים של חומר אחד, שווים במסה זה לזה, הצטרפו לאטומים של חומר אחר (כלומר אטומים בעלי מסה שונה). במקרה של היווצרות מים, אטום חמצן אחד משלב עם שני אטומי מימן.המודל האטומי עזר להבין מה בדיוק ציין דלתון בניסויים שלו. ישנן הוכחות פשוטות נוספות לקיומם של אטומים.
אם אתה מסתכל במיקרוסקופ על חלקיקי אבקה המותלים במים, אתה יכול לראות שהם מבצעים תנועות כאוטיות. למה? מדענים הציעו שזה יכול לנבוע מהעובדה שחלקיקי אבקה מתנגשים במספר אטומים או בקבוצות אטומים שמדענים כינו מולקולות (למשל, חלקיקים במים מתנגשים במולקולות מים).
ממה מורכב אטום?
מדענים שהסכימו עם תיאוריה אטומית האמינו כי אטום מורכב מחלקיקים קטנים טעונים חשמלית - חיוביים ושליליים, אשר כאשר הם משולבים באטום, כמו בכדור, מנטרלים זה את זה והופכים את האטום לכלל נייטרלי חשמלי. אבל בשנת 1907, הפיזיקאי האנגלי ארנסט רות'רפורד, עם ניסוייו, הוכיח שזה לא לגמרי נכון.
ניסיון של רתרפורד
רתרפורד הפציץ נייר כסף עם קרן במהירות גבוהה של חלקיקים טעונים חיובית. הוא האמין שחלקיקים יעברו בנייר כסף. כמה חלקיקים טעונים חיוביים אכן עברו דרך נייר הכסף. ויש כאלה שלא יכלו לעשות זאת. יתרה מזאת, הם התחילו לנסוע שוב אל הנסיין, כאילו כוח כלשהו שהוסתר בנייר כסף דחף אותם משם. רתרפורד הופתע. הוא אמר שזה כמו להתחיל לשרוף את הסיר על נייר סיבי ולפתע לראות איך הסיר עף מעל מצחו של הקדר.
דגם אטום פלנטרי - ליבת אטום
הניסויים של רתרפורד עזרו לאשש את ההשערה האטומית ולהבין כיצד האטום עובד. התברר כי החלקיקים החיוביים והשליליים אינם מופצים באופן שווה באטום. אם זה היה כך, אז חלקיקים טעונים חיוביים בניסוי רתרפורד לא היו מודחים בכוח כזה. מכאן שגרעין האטום אינו נייטרלי. באמצע האטום יש כדור חלקיקים צפוף, כלומר באמצע, המכונה גרעין האטום, הם פרוטונים טעונים חיוביים וניוטרונים ניטרליים.
במרחק לא מבוטל מהגרעין מסתובבים חלקיקים טעונים באופן שלילי - אלקטרונים סביב מסלוליו. מכיוון שמטען חיובי שווה בערך למטען שלילי, האטום בכללותו נייטרלי חשמלי. זה לא נושא שום חיוב.
אבל הליבה עצמה היא ריכוז מטען חיובי. רבים מהחלקיקים החיוביים בניסוי של רתרפורד טסו קרוב מדי לגרעין טעון חיובי של אטום זהב. מכיוון שמטענים חיוביים דוחים זה את זה, חלקיקים אלה טסו חזרה לעבר הנסיין. זה הוליד אותו את הרעיון כיצד אטומים מסודרים בפועל.
קוורקים
פרוטונים ונויטרונים הם חלקיקים שלמרות שהם קטנים הם מורכבים מחלקיקים קטנים עוד יותר הנקראים קווארקים. כיום, מדענים מאמינים כי פרוטונים ונויטרונים מורכבים מחלקיקים קטנים אפילו יותר הנקראים קווארקים.
קוורקים הם מודל חדש שמסביר טוב יותר את התנהגות האטומים בעולם האמיתי. וכפי שמדענים חיפשו בעבר ראיות ניסיוניות לקיומם של אטומים, כעת הם מחפשים ראיות אמיתיות לקווארקים.