Τα ατομικά μοντέλα είναι θεωρητικές αναπαραστάσεις που έχουν αναπτύξει οι επιστήμονες με την πάροδο του χρόνου για να προσπαθήσουν να κατανοήσουν τη δομή και τη συμπεριφορά των ατόμων, τα οποία είναι οι θεμελιώδεις μονάδες που αποτελούν την ύλη. Χάρη σε αυτά τα ατομικά μοντέλα έχουμε μεγάλη γνώση για την επιστήμη. Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι δεν γνωρίζουν καλά τι είναι τα ατομικά μοντέλα.
Επομένως, σε αυτό το άρθρο θα εξηγήσουμε τι είναι τα ατομικά μοντέλα, σε τι χρησιμεύουν, πώς προέκυψαν και πόσο χρήσιμα είναι.
Τι είναι τα ατομικά μοντέλα
Διαφορετικές γραφικές αναπαραστάσεις της ατομικής δομής και λειτουργίας ονομάζονται ατομικά μοντέλα. Το ατομικό μοντέλο αναπτύχθηκε σε όλη την ανθρώπινη ιστορία από ιδέες για τη σύνθεση της ύλης που χρησιμοποιήθηκαν σε κάθε εποχή.
Ένα άτομο είναι η μικρότερη μονάδα ενός χημικού στοιχείου που διατηρεί τις διακριτικές του ιδιότητες. Σε όλη την ιστορία, διάφοροι επιστήμονες και φιλόσοφοι έχουν προτείνει διαφορετικά ατομικά μοντέλα, το καθένα με βάση τις πληροφορίες και τις γνώσεις που ήταν διαθέσιμες εκείνη τη στιγμή. Ένα από τα πρώτα μοντέλα ήταν αυτό που πρότεινε ο Έλληνας φιλόσοφος Δημόκριτος, ο οποίος πρότεινε ότι η ύλη αποτελείται από αδιαίρετα σωματίδια που ονομάζονται «άτομα», που στα ελληνικά σημαίνει «αδιαίρετο».
Το ατομικό μοντέλο του Δημόκριτου
Η «Κοσμική Ατομική Θεωρία» συνιδρύθηκε από τον Έλληνα φιλόσοφο Δημόκριτο και τον μέντορά του Λεύκιππο. Εκείνη την εποχή, η γνώση δεν αποκτούνταν με πειραματισμό, αλλά με λογικό συλλογισμό, παρουσίαση με βάση τη σκέψη και συζήτηση.
Ο Δημόκριτος πρότεινε ότι ο κόσμος αποτελείται από πολύ μικρά και αδιαίρετα σωματίδια, αιώνια υπάρχοντα, ομοιογενή και ασυμπίεστα, τα οποία διαφέρουν μόνο ως προς το σχήμα και το μέγεθος, παρά στην εσωτερική τους λειτουργία.
Σύμφωνα με τον Δημόκριτο, οι ιδιότητες της ύλης καθορίζονται από τον τρόπο συναρμολόγησης των ατόμων. Μεταγενέστεροι φιλόσοφοι, όπως ο Επίκουρος, πρόσθεσαν την τυχαία κίνηση των ατόμων στη θεωρία.
Ατομικό μοντέλο Dalton
Το πρώτο επιστημονικά βασισμένο ατομικό μοντέλο γεννήθηκε στον τομέα της χημείας, που προτάθηκε από τον John Dalton στο «Atomic Postulate» του. Πίστευε ότι τα πάντα είναι φτιαγμένα από άτομα, αδιαίρετα και άφθαρτα, ακόμη και μέσω χημικών αντιδράσεων.
Ο Dalton πρότεινε ότι τα άτομα του ίδιου χημικού στοιχείου είναι ίσα μεταξύ τους, έχοντας την ίδια μάζα και τις ίδιες ιδιότητες. Αφ 'ετέρου, επινόησε την έννοια του σχετικού ατομικού βάρους (το βάρος κάθε στοιχείου σε σχέση με το βάρος του υδρογόνου), συγκρίνοντας τη μάζα κάθε στοιχείου με τη μάζα του υδρογόνου. Πρότεινε επίσης ότι τα άτομα θα μπορούσαν να ενωθούν μεταξύ τους για να σχηματίσουν ενώσεις.
Η θεωρία του Dalton είχε κάποια ελαττώματα. Δήλωσε ότι οι ενώσεις σχηματίζονται χρησιμοποιώντας τον λιγότερο δυνατό αριθμό ατόμων στοιχείων. Για παράδειγμα, σύμφωνα με τον Dalton, το μόριο του νερού θα ήταν H2O, όχι H2O, που είναι ο σωστός τύπος. Από την άλλη πλευρά, λέει ότι τα αέρια στοιχεία είναι πάντα μονατομικά, κάτι που ξέρουμε ότι δεν είναι αλήθεια.
Το μοντέλο του ατόμου Lewis
Γνωστό και ως «κυβικό ατομικό μοντέλο», στο οποίο ο Lewis πρότεινε μια κατανεμημένη ατομική δομή σε σχήμα κύβου, με οκτώ κορυφές να είναι ηλεκτρόνια. Αυτό οδήγησε σε πρόοδο στη μελέτη του ατομικού σθένους και των χημικών δεσμών, ειδικά μετά από μια ενημέρωση το 1919 από τον Irving Langmuir, ο οποίος πρότεινε το «κυβικό άτομο οκτάδας».
Αυτές οι μελέτες αποτέλεσαν τη βάση για αυτά που σήμερα είναι γνωστά ως διαγράμματα Lewis, τα οποία είναι πολύ χρήσιμα εργαλεία για την εξήγηση των ομοιοπολικών δεσμών.
Ατομικό μοντέλο Thomson
Στο δεύτερο μέρος του XNUMXου αιώνα, ο επιστήμονας JJ Thomson πραγματοποίησε πειράματα με καθοδικές ακτίνες και πρότεινε ένα μοντέλο στο οποίο το άτομο ήταν μια θετικά φορτισμένη σφαίρα, παρόμοιο με μια μπάλα ζύμης, και τα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια ήταν διασκορπισμένα μέσα της, σαν σταφίδες σε πουτίγκα. Αυτό το μοντέλο έγινε γνωστό ως «μοντέλο σταφιδικής πουτίγκας» και ήταν η πρώτη πρόταση για μια εσωτερική δομή του ατόμου.
Ατομικό μοντέλο Rutherford
Το μοντέλο του Ράδερφορντ εμφανίστηκε στις αρχές του XNUMXου αιώνα. Σε ένα διάσημο πείραμα, ο Ράδερφορντ βομβάρδισε φύλλο χρυσού με σωματίδια άλφα και διαπίστωσε ότι τα περισσότερα από τα σωματίδια περνούσαν μέσα από το φύλλο, αλλά μερικά είχαν εκτραπεί σημαντικά. Αυτό οδήγησε Ο Ράδερφορντ προτείνει ότι το άτομο είχε έναν μικρό, πυκνό, θετικά φορτισμένο πυρήνα στο κέντρο του, ενώ τα ηλεκτρόνια περιστρέφονταν γύρω από αυτόν τον πυρήνα σε σημαντική απόσταση, όπως οι πλανήτες γύρω από τον ήλιο.
Ατομικό μοντέλο Bohr
Με βάση το μοντέλο του Rutherford, ο Niels Bohr πρότεινε το 1913 ότι τα ηλεκτρόνια κινούνται σε κυκλικές τροχιές γύρω από τον πυρήνα. Αυτές οι τροχιές κβαντίστηκαν, πράγμα που σημαίνει ότι επιτρέπονταν μόνο ορισμένες τροχιές, ενώ άλλες όχι. Ο Bohr διαπίστωσε επίσης ότι τα ηλεκτρόνια μπορούσαν να πηδήξουν μεταξύ διαφορετικών τροχιών εκπέμποντας ή απορροφώντας ενέργεια με τη μορφή φωτονίων, εξηγώντας έτσι την εκπομπή και την απορρόφηση του φωτός από τα άτομα.
Το ατομικό μοντέλο του Sommerfeld (1916 μ.Χ.)
Το μοντέλο του Sommerfeld βασίστηκε εν μέρει στα αξιώματα της σχετικότητας του Albert Einstein. Αυτό το μοντέλο προτάθηκε από τον Arnold Sommerfield σε μια προσπάθεια να αντισταθμίσει τις ελλείψεις του μοντέλου Bohr.
Βασίζεται εν μέρει στα αξιώματα της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν. Οι τροποποιήσεις του περιελάμβαναν την επιβεβαίωση ότι η τροχιά του ηλεκτρονίου είναι κυκλική ή ελλειπτική, αυτό το ηλεκτρόνιο έχει μικρό ηλεκτρικό ρεύμα και ότι υπάρχουν δύο ή περισσότερα υποεπίπεδα που ξεκινούν από το δεύτερο επίπεδο ενέργειας.
Το ατομικό μοντέλο του Schrödinger
Βασιζόμενος στο έργο των Bohr και Sommerfeld, ο Erwin Schrödinger πρότεινε την αντιμετώπιση των ηλεκτρονίων ως κύματα ύλης, κάτι που επέτρεψε μια μεταγενέστερη πιθανολογική ερμηνεία της κυματικής συνάρτησης (η οποία περιγράφει το μέγεθος της πιθανότητας εύρεσης ενός ατόμου). Space), του Max Born.
Αυτό σημαίνει ότι, χάρη στην αρχή της αβεβαιότητας του Heisenberg, είναι δυνατόν να μελετήσουμε πιθανολογικά τη θέση του ηλεκτρονίου ή την ορμή του, αλλά όχι και τα δύο. Αυτό είναι το τρέχον ατομικό μοντέλο από τις αρχές της δεκαετίας του 2000, με ορισμένες προσθήκες που έγιναν αργότερα. Ονομάζεται «μοντέλο κβαντικών κυμάτων».
Κβαντικό Ατομικό Μοντέλο
Το κβαντικό μοντέλο, που αναπτύχθηκε κατά τη διάρκεια του XNUMXου αιώνα, είναι το πιο περίπλοκο και επίκαιρο. Βασίζεται στη θεωρία της κβαντικής μηχανικής και περιγράφει το άτομο ως ένα σύννεφο πιθανοτήτων όπου τα ηλεκτρόνια δεν ακολουθούν ακριβείς τροχιές, αλλά μάλλον Βρίσκονται σε περιοχές του διαστήματος με μεγαλύτερη πιθανότητα να βρεθούν. Αυτό το μοντέλο επέτρεψε μια βαθύτερη κατανόηση των ηλεκτρονίων και της συμπεριφοράς τους και άνοιξε την πόρτα στην πρόοδο της σύγχρονης χημείας και φυσικής.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για το τι είναι τα ατομικά μοντέλα και ποιοι τύποι μοντέλων υπήρχαν σε όλη την ιστορία.