Δομή του ατόμου

Ο ΑΡΧΑΙΟΣ ΚΟΣΜΟΣ (~450 π.χ.)

Με τον όρο ατομική θεωρία εννοείται στη φυσική και φιλοσοφία η θεωρία που υποστηρίζει ότι η ύλη, άρα και ο κόσμος, συγκροτείται από στοιχειώδη αδιάσπαστα σωματίδια. Η ατομική θεωρία πρωτοεμφανίστηκε στην Αρχαία Ελλάδα από το Λεύκιππο και το μαθητή του Δημόκριτο, οι οποίοι ήταν φυσικοί φιλόσοφοι, δηλαδή προσπαθούσαν να εξηγήσουν φιλοσοφικά τη λειτουργία της φύσης και του κόσμου. Η θεωρία αυτή επανεμφανίστηκε ή επανακαλύφθηκε από τον Τζον Ντάλτον προκειμένου να ερμηνεύσει τις χημικές αντιδράσεις.

ΑΤΟΜΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑ DALTON (~1800)

Η ατομική θεωρία του Dalton υποστηρίζει ότι:

• Κάθε στοιχείο αποτελείται από πολύ μικρά σωματίδια, τα οποία ονομάζονται άτομα.
• Όλα τα άτομα ενός στοιχείου είναι όμοια μεταξύ τους, ενώ τα άτομα διαφορετικών στοιχείων διαφέρουν μεταξύ τους (κατά μέγεθος, κατά μάζα).
• Τα άτομα ενός στοιχείου δεν μετατρέπονται σε άλλου είδους άτομα, ούτε καταστρέφονται, ούτε δημιουργούνται κατά τα χημικά φαινόμενα.
• Όταν διαφορετικά άτομα ενώνονται μεταξύ τους, σχηματίζονται χημικές ενώσεις.
• Σε κάθε χημική ένωση, το είδος των ατόμων και η μεταξύ τους αναλογία είναι σταθερή.

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ THOMSON (1904)
(Η ανακάλυψη του ηλεκτρονίου)

Το Μάρτιο του 1904 ο Thomson  πρότεινε το μοντέλο του σταφιδόψωμου για να περιγράψει τη δομή του ατόμου. Σύμφωνα με το μοντέλο αυτό, το άτομο αποτελείται από μια σφαίρα θετικά φορτισμένη, μέσα στην οποία κυκλοφορούν τα αρνητικά ηλεκτρόνια. Τα ηλεκτρόνια είναι τόσα στον αριθμό ώστε το συνολικό φορτίο του ατόμου να είναι μηδέν και να εξασφαλίζεται έτσι η ηλεκτρική του ουδετερότητα. Τα ηλεκτρόνια “πλέουν” μέσα σε αυτή τη σφαίρα, σαν τις σταφίδες μέσα σε ένα σταφιδόψωμο και για αυτό το ατομικό μοντέλο αυτό ονομάζεται και μοντέλο του σταφιδόψωμου.

ΤΟ ΠΕΙΡΑΜΑ ΤΟΥ RUTHERFORD (1911)
(Η ανακάλυψη του πυρήνα)

Το νέο μοντέλο του Rutherford, βασισμένο σε πειραματικά αποτελέσματα, είχε αρκετά σύγχρονα χαρακτηριστικά, ανάμεσα στα οποία περιλαμβάνεται ένα υψηλό κεντρικό φορτίο συγκεντρωμένο σε πολύ μικρό όγκο, συγκριτικά με το υπόλοιπο του ατόμου, στο οποίο περιέχεται σχεδόν όλη η μάζα του ατόμου. Δηλαδή ο πυρήνας του ατόμου. Ένας αριθμών μικροσκοπικών ηλεκτρονίων περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα ως πλανήτες γύρω από τον ήλιο.

Μειονεκτήματα του προτύπου

Δεν εξηγεί τη σταθερότητα του ατόμου.
Είναι γνωστό ότι τα ηλεκτρικά φορτία εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και έτσι χάνουν ενέργεια. Έτσι, τα ηλεκτρόνια ενός ατόμου, κατά την περιφορά τους γύρω από τον πυρήνα (επειδή επιταχύνονται), θα έπρεπε να εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Η απώλεια, όμως, της ενέργειας θα ελάττωνε την ακτίνα της τροχιάς του ηλεκτρονίου, και έτσι τα ηλεκτρόνια θα εκτελούσαν σπειροειδή τροχιά γύρω από τον πυρήνα, μέχρι τελικά να συγκρουστούν με αυτόν. Αυτό, όμως, δε συμβαίνει στην πραγματικότητα, γιατί το άτομο είναι σταθερό.

Δεν εξηγεί το γραμμικό φάσμα εκπομπής των αερίων (κυρίως του υδρογόνου).
Με την εκπομπή της ενέργειας, η ακτίνα της τροχιάς των ηλεκτρονίων θα έπρεπε να μικραίνει και η συχνότητα περιφοράς τους γύρω από τον πυρήνα να παίρνει διαδοχικές τιμές. Όπως είναι γνωστό, η συχνότητα των εκπεμπόμενων ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων θα έπρεπε να είναι ίση με τη συχνότητα περιφοράς του ηλεκτρονίου. Καθώς τα ηλεκτρόνια θα ακτινοβολούσαν συνέχεια, οι γωνιακές τους ταχύτητες θα μεταβάλλονταν κατά συνεχή τρόπο και θα εξέπεμπαν έτσι ένα συνεχές φάσμα και όχι το γραμμικό φάσμα που παρατηρείται στην πράξη.