مدل اتمی

تاریخچه تئوری و مدل‌های اتمیبه یونانی ‌های قرن  ششم  و  به  ویژه مکتب اتم گرایی دموکریت بر می‌گردد. دموکریت نخستین کسی بود که از اتم سخن گفت و آن را جزو بخش ناپذیری دانست  که دنیا از آن ساخته شده  است. پس از آن نظریه‌های مختلفی راجع به اتم ارائه شد و روز به روز این مدل کامل‌تر شد تا این که به مدل امروزی که همان مدل اتمی کوانتومی است، رسید.

نظریه اتمی دالتون

نتایج اصلی نظریه دالتون عبارتند از:

الف ) عناصر از ذرات بسیار ریز و غیر قابل تقسیمی تشکیل شده‌اند.

ب  ) کلیه اتم‌های یک عنصر یکسانند و اتم‌های عناصر مختلف با یکدیگر تفاوت دارند.

ج  ) از بهم پیوستن اتم‌ها با نسبت مشخص و معین ترکیبات به وجود می‌آیند.

نظریه دالتون از سه قسمت اصلی (قانون بقای جرم -  قانون نسبت‌ها معین-  قانون نسبت‌آ‌های چندگانه) می‌‌باشد. مطالعه اتم‌‌ها و ذرات ریزتر فقط به صورت غیرمستقیم و از روی رفتار (خواص) امکان پذیر است.

نظریه‌های دالتون نارسایی‌ها و ایرادهایی دارد و اما آغازی مهم بود. مواردی که نظریه دالتون نمی ‌توانست توجیه کند عبارتند از: پیوند یونی - فرق یون با اتم خنثی،  مفهوم ظرفیت در عناصر گوناگون، پدیده ایزوتوپی و...

مدل اتمی جوزف تامسون انگلیسی

مدل اتمی تامسون که به کیک کشمشی، مدل هندوانه‌ای یا ژله میوه‌دار معروف است. او از مدل خود نتایج زیر را گرفت.

• الکترون با بار منفی، درون فضای ابر گونه با بار مثبت، پراکنده شده‌اند.
• اتم در مجموع خنثی است. مقدار با مثبت با بار منفی برابر است.
• این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون آن بستگی دارد.
• جرم زیاد اتم از وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن ناشی می‌شود.

مدل اتمی ارنست رادرفورد نیوزلندی

• هر اتم دارای یک هسته کوچک است که بیشتر جرم اتم در آن واقع است.
• هسته اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.
• حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل می‌دهد.
• هسته اتم به وسیله الکترون‌ها محاصره شده است.

مدل اتمی بور (مدل سیاره‌ای )

وجود طیف نشری برای اتم‌ها را نمی‌توان با استفاده از مدل رادرفورد توجیه نمود چون بر اساس مدل رادرفورد باید طیف اتم‌ها پیوسته باشد در حالی‌که اتم‌های هیدروژن طیف نشری خطی را ارئه داده بود. وجود ارتباط با  معنا میان الگوی  ثابت  طیف نشری خطی اتم هیدروژن و ساختار اتم‌های آن ذهن دانشمندان بسیاری را به خود مشغول ساخت. در سال 1913 نیلز بور دانشمند دانمارکی در راه کشف این رابطه مدل اتمی رادرفورد را برای توجیه این ارتباط  نارسا دانست و  مدل تازه‌ای برای اتم هیدروژن پیش نهاد کرد. او این مدل را با فرضیات زیر ارائه کرد:

1. الکترون در اتم هیدروژن در مسیری دایره‌ای شکل به دور هسته گردش می‌کند.

2. انرژی این الکترون با فاصله‌ی آن از هسته رابطه‌ای مستقیم دارد.

3. این الکترون فقط می‌تواند در فاصله‌های معین و ثابتی پیرامون هسته گردش کند. در واقع  الکترون تنها مجاز است که مقادر معینی انرژی را بپذیرد.

4. این الکترون معمولاً در پایین‌ترین تراز انرژی ممکن (نزدیک‌ترین مدار به هسته) قرار دارد. به این تراز انرژی حالت پایه می‌گویند.

5. با دادن مقدار معین انرژی به این الکترون می‌توان آن  را قادر ساخت که از حالت پایه (ترازی با انرژی کمتر) به حالت برانگیخته (ترازی با انرژی بالاتر) انتقال پیدا کند.

6. الکترون  در حالت برانگیخته  ناپایدار  است از این  رو  همان  مقدار  انرژی را  که  پیش از این گرفته بود از دست  می‌دهد  و به حالت پایه باز می‌گردد. از آنجا که برای الکترون نشر نور مناسب‌ترین شیوه برای از دست دادن انرژی است از این رو الکترون برانگیخته به هنگام  بازگشت به  حالت  پایه  انرژی اضافی خود  را که در  واقع  تفاوت انرژی میان دو تراز انرژی یاد شده است از  طریق انتشار نوری با طول موج معینی از دست  می‌دهد.

نتایجی که از مدل بور بدست می‌آید:

الف. هر چه  از هسته فاصله می‌گیریم انرژی الکترون افزایش  پیدا می‌کند. ب. برای هر یک از این ترازها‌ی انرژی یک عدد کوانتومی اصلی در نظر می‌گیریم که با نماد (n) نشان می‌دهیم. پایدارترین تراز الکترونی (نزدیک به هسته) n=1 است.

بور با کوانتیده در نظر گرفتن ترازهای انرژی یا به عبارت دیگر کوانتومی در نظر گرفتن مبادله‌ی انرژی هنگام جا به جایی میان ترازهای یاد شده توانست با موفقیت طیف نشری خطی هیدروژن را توجیه کند.

مدل اتمی کوانتمی (ابرالکترونی)

الكترونآ‌ها در اطراف هسته اتم در سطوح انرژی مشخصی حركت می‌كنند (در اینجا باید توجه داشت كه همه الكترون‌ها به دور هسته نمی‌چرخند بلكه در اطراف آن در حال حركت هستند)، اما تعیین دقیق مكان (موضع) و سرعت (نوع حركت) الكترون‌ها به طور هم زمان و در یك لحظه امكان پذیر نیست.

الكترون‌ها در اطراف هسته اتم در فضای مشخصی حركت می‌كنند، كه به این فضای اطراف اتم كه بیشترین احتمال وجود اتم را دارد، اوربیتال می‌گویند از جمله دانشمندانی كه در این مدل اتمی سهم چشمگیری داشتند، هایزنبگ، پلانك و شرودینگر را می‌توان نام برد.

درصد میزان درستی نظریات هر یک به طور حدسی که درست بودن یا غلط بودن آن مشخص نیست این گونه است.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان

تنظیم: مریم فروزان کیا