مدل اتمی

دانشمندان مختلف نظرات متفاوتی به تدریج برای مدل اتمی ارائه دادند ، که به معرفی کلی مهمترین آنها می پردازیم:

دموکریت (400 سال پیش از میلاد): نخستین اندیشه های مربوط به اتم  را مطرح کرد : اتم کوچک ترین ذره یک ماده است.

دموکریت فیلسوفی یونانی بود . او می پنداشت اتم کوچکترین ذره یک ماده است و هر یک از مواد جهان ، اتم های متفاوتی دارند . نظر او بسیار کلی بود  و بر شواهد تجربی متکی نبود . تصور می کرد که اتم های آهن مارپیچی شکل هستند که موجب استحکام و انعطاف پذیری و چکش خواری آهن می شوند. یا اتم های آتش تیز و نورانی و زرد رنگ هسنتد. یا اتم های آب کروی شکل هستند .

جان دالتون ( در سال 1803): همه مواد از ذره هایی تجزیه ناپذیر به نام اتم ساخته شده اند.

دالتون نظریه اتمی ارائه داد به شرح زیر:

همه مواد از ذره های تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده اند که نه بوجود می آیند و نه از بین می روند. 
اتم های یک عنصر به اتم های عنصر دیگر تبدیل نمی شوند . 
اتم های یک عنصر جرم یکسانی دارند و خواص شیمیایی مشابه ، که با جرم و خواص عنصر های دیگر تفاوت دارند. 
اتم های عناصر مختلف به هم متصل شده و مولکول ها را بوجود می آورند. در هر مولکول نوع و تعداد نسبی اتم های سازنده ی آن یکسان است. 
بر اساس نظریه دالتون . اتم تنها واحد سازنده ی یک عنصر است که می تواند در واکنش های شیمیایی شرکت کند.

دالتون شناختی از ساختار اتم نداشت و تنها تصور او این بود که اتم کره ای توپر . بی اندازه کوچک و تقسیم ناپذیر است .

تامسون (در سال 1909): اتم به شکل کره ای است که بار مثبت به طور یکنواخت در آن گسترده است و الکترون ها در این کره پخش اند.

تامسون مدل کیک کشمشی یا مدل هندوانه ای را ارائه داد . کره ای با بار مثبت در نظر گرفت که الکترون ها در آن پخش هستند.تامسون عقیده داشت که این ابر کروی مثبت جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون های آن بستگی دارد . به نظر او جرم زیاد اتم ناشی از وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن است.

اتم ها از نظر الکتریکی خنثی هستند . پس برای خنثی کردن الکترونها. ماده ای با بار مثبت در اتم موجود است. تامسون بر اساس این اطلاعات اتم را به شکل کره تصور کرد که در آن بار مثبت به طور یکنواخت پخش شده است و الکترون ها مانند تخمه های هنوانه در این کره توزیع شده اند.

رادرفورد (در سال 1915): بیشتر فضای اتم تقریبا خالی است و تنها با تعدادی الکترون اشغال شده . اتم هسته ای بسیار کوچک با جرم بسیار زیاد دارد .

رادرفورد مدل اتم هسته دار را پیشنهاد کرد . بر اساس این مدل بیش ترین فضای اتم تقریبا خالی است و تنها با تعدادی الکترون اشغال شده است. این الکترون ها جرم ناچیزی دارند. اتم هسته ای بسیار کوچک با جرم بسیار زیاد دارد که بار مثبت اتم در آن متمرکز است.

قطر اتم در حدود 10-10متر و قطر هسته ی اتم کمی کمتر از یک ده هزارم اندازه اتم است.

بور: الکترون در مسیر دایره ای شکلی به دور هسته گردش می کند . مدل وی به نام مدل سیاره ای مشهور شد.

بور مدل سیاره ای را پیشنهاد کرد . بور متوجه شد که الکترون در مسیر دایره ای شکل به دور هسته گردش می کند (شبیه سیاره ها ی منظومه شمسی ) نکات مهم این نظریه:

انرژی الکترون به فاصله آن الکترون از هسته ی اتم بستگی دارد.( هر چه فاصله بیشتر انرژیالکترون هم بیشتر) 
انرژی الکترون کوانتیده است.(تنها مجاز است که مقدار معینی انرژی بپذیرد) 
هنگامی که اتمی انرژی جذب می کند ، الکترون آن با گرفتن این انرژی به تراز بالاتر رفته ، در فاصله دورتری از هسته حرکت می کند(حالت برانگیخته) 
حالت برانگیخته ناپایدار بوده و پس از اندک زمانی ، الکترون انرژی اضافی خود را یک جا از دست می دهد و به تراز انرژی اولیه خود بر می گردد . انرژی از دست رفته به و سیله ی الکترون ، به صورت یک فوتون نور از اتم نشر می شود.

بور فیزیک دان آلمانی با پذیرفتن وجود هسته ی اتم (نظر رادرفورد) مدل تازه ای در باره ی چگونگی توزیع الکترون ها در اطراف هسته ی اتم ارائه داد .

 در اطراف هسته اتم چند مدار یا سطح انرژی در فاصله های معین وجود دارند و الکترونها تنها مجازند در این مدارها یا سطوح انرژی به دور هسته بچرخند .

 هر چه سطح انرژی از هسته اتم دور تر باشد دارای انرژی بیشتری است.

 سطوح انرژی نزدیکتر به هسته نسبت به سطوحی که از هسته دورترند انرژی کمتری دارند.

 الکترون برای جابجا شدن از یک سطح انرژی پایین تر به سطح انرژی بالاتر بایستی انرژی لازم (به اندازه اختلاف این دو سطح ) را به دست آورد .

 مقدار انرژی لازم برای جهش الکترون بین دو سطح ذکر شده را کوانتوم می نامیم.

 مدل اتمی بور نشان می دهد که انرژی الکترون در یک اتم کوانتیده است .

 یک الکترون دارای مقدار معینی انرژی است و نمی تواند به هر مقدار انرژی داشته باشد .

 بیشترین تعداد الکترونهایی که می توانند در هر مدار یا سطح انرژی وجود داشته باشند ‍؛ ثابت است .

 تعداد الکترونها در مدار   Kحداکثر  2  است .

 تعداد الکترونها در مدار L حداکثر   8 است .

 تعداد الکترونها در مدار M حداکثر  18 است .

 تعداد الکترونها در مدار  N  حداکثر  32 است .

 سطوح انرژی الکترونها درون یک اتم شبیه پله های یک نردبان است .

شرودینگر فضای سه بعدی اطراف هسته را که احتمال حضور الکترون در آنجا زیاد است ، اوربیتال نامید. برای هر الکترون شناسنامه ای (باتوجه به اعداد کوانتومی) در نظر می گیرند .

مدل کوانتومی شرودینگر به کمک معادلات ریاضی موفق شد احتمال حضور الکترون را در حجم معینی از فضا اندازه بگیرد. (این فضا را که احتمال حضور الکترون در آن جا زیاد است اوربیتال نامید)

شرودینگر برای مشخص کردن هر یک از اوربیتال های یک اتم از 3 عدد کوانتومی n , l , ml  استفاده کرد (اعداد کوانتومی)

n (عدد کوانتومی اصلی) معرف لایه های الکترونی (همان تراز های انرژی در مدل بور)

l (عدد کوانتومی اوربیتالی) معرف زیر لایه ها

ml (عدد کوانتومی مغناطیسی) جهت گیری اوربیتال ها را در فضا  را معین می کند

ms (عدد کوانتومی مغناطیسی اسپین) برای مشخص کردن جهت چرخش الکترون به دور خودش بکار می رود. چهارمین عدد کوانتومی (اصل طرد پاولی) بیان می کند که هر الکترون اضافه بر حرکت اوربیتالی (چرخش به دور هسته ) دارای حرکت اسپینی (چرخش به دور خود) نیز است .

در واقع  در این مدل با دادن اعداد کوانتومی به هر الکترون ، برای آن شناسنامه ای درست می کنیم و هیچ دو الکترونی یافت نمی شود که هر چهار عدد کوانتومی آنها با هم یکسان باشند.

 تازه ترین مدل اتم که بر پایه خواص موجی الکترون ها استوار است به وسیله نظریه کوانتومی ارایه می شود.

 در مدل کوانتومی مانند مدل بور برای الکترون ها سطوح انرژی در نظر گرفته می شود.

 در مدل کوانتومی بر خلاف مدل بور برای حرکت الکترون به دور هسته مسیر دقیقی توصیف نمی شود.

 در مدل کوانتومی با اوربیتال (احتمال حضور الکترون در فضای معینی در اطراف هسته) سر و کار داریم.

 هر اوربیتال حداکثر با 2 الکترون اشغال می شود.

تصور ساده اوربیتال : موقعیت پرنده در قفس دارای ظرف غذا (احتمال حضور پرنده در اطراف غذا بیشتر است)

 احتمال نسبی حضور الکترون را در اطراف هسته اتم  می توان داشت ولی چگونگی جابه جا شدن الکترون را از نقطه ای به نقطه دیگر نمی توان مشخص کرد.

 احتمال حضور الکترون را با نقطه نشان می دهندو تراکم این نقاط در اطراف هسته به صورت ابری در می آید که برای نمایش مدل ابر الکترونی بکار می رود.

 هر کجا تراکم ابر الکترونی بیشتر باشد احتمال حضور الکترون بیشتر است.

 اوربیتال:  فضایی به شکل کره دور هسته که احتمال یافتن الکترون در آن فضا بیش از 90% باشد. (تعریف دقیق تر)

 اوربیتال: به ناحیه ای پیرامون هسته اتم گفته می شود که در آن احتمال یافتن الکترون ها زیاد است.

 در مدل کوانتومی ، اتم به صورت خوشه مرکزی از نوترون ها و پروتون ها توصیف می شود که توسط الکترون هایی که در حال حرکت اند احاطه شده اند.