מודלים אטומיים הם ייצוגים תיאורטיים שמדענים פיתחו במשך הזמן כדי לנסות להבין את המבנה וההתנהגות של אטומים, שהם היחידות היסודיות המרכיבות את החומר. הודות למודלים האטומיים הללו יש לנו ידע רב על המדע. עם זאת, אנשים רבים אינם יודעים היטב מהם מודלים אטומיים.
לכן, במאמר זה אנו הולכים להסביר מהם מודלים אטומיים, לשם מה הם מיועדים, כיצד הם נוצרו ועד כמה הם שימושיים.
מהם מודלים אטומיים
ייצוגים גרפיים שונים של המבנה והתפקוד האטומי נקראים מודלים אטומיים. המודל האטומי פותח לאורך ההיסטוריה האנושית מרעיונות על הרכב החומר המשמש בכל תקופה.
אטום הוא היחידה הקטנה ביותר של יסוד כימי השומרת על תכונותיו הייחודיות. לאורך ההיסטוריה, מדענים ופילוסופים שונים הציעו מודלים אטומיים שונים, כל אחד מבוסס על המידע והידע הזמינים באותו זמן. אחד המודלים הראשונים היה זה שהציע הפילוסוף היווני דמוקריטוס, שהציע שהחומר מורכב מחלקיקים בלתי ניתנים לחלוקה המכונים "אטומים", שפירושו ביוונית הוא "ניתן לחלוקה".
המודל האטומי של דמוקריטוס
"תורת האטום הקוסמית" נוסדה על ידי הפילוסוף היווני דמוקריטוס ומורו לויקפוס. באותה תקופה, ידע לא נרכש באמצעות ניסויים, אלא באמצעות חשיבה לוגית, הצגה מבוססת מחשבה ודיון.
דמוקריטוס הציע שהעולם מורכב מחלקיקים קטנים מאוד ובלתי ניתנים לחלוקה, קיימים לנצח, הומוגניים ובלתי ניתנים לדחיסה, אשר הם נבדלים רק בצורה ובגודל, ולא בתפקוד הפנימי שלהם.
לפי דמוקריטוס, תכונות החומר נקבעות על פי אופן הרכבת האטומים. פילוסופים מאוחרים יותר, כמו אפיקורוס, הוסיפו לתיאוריה את התנועה האקראית של אטומים.
מודל אטומי דלתון
המודל האטומי הראשון המבוסס מדעית נולד בתחום הכימיה, שהוצע על ידי ג'ון דלטון ב"פוסטולאט האטומי" שלו. הוא האמין שהכל עשוי מאטומים, בלתי ניתנים לחלוקה ובלתי ניתנים להריסה, אפילו באמצעות תגובות כימיות.
דלטון הציע שהאטומים של אותו יסוד כימי שווים זה לזה, בעלי אותה מסה ואותן תכונות. מצד שני, הגה את הרעיון של משקל אטומי יחסי (המשקל של כל יסוד ביחס למשקל המימן), על ידי השוואת המסה של כל יסוד למסת המימן. הוא גם הציע שאטומים יכולים להתחבר זה עם זה ליצירת תרכובות.
לתיאוריה של דלטון היו כמה פגמים. הוא קבע כי תרכובות נוצרות באמצעות מספר קטן ככל האפשר של אטומי יסוד. לדוגמה, לפי דלטון, מולקולת המים תהיה H2O, לא H2O, שזו הנוסחה הנכונה. מצד שני, הוא אומר שאלמנטים גזיים הם תמיד מונוטומיים, מה שאנחנו יודעים שהוא לא נכון.
דגם לואיס של האטום
ידוע גם בשם "המודל האטומי המעוקב", שבו לואיס הציע מבנה אטומי מבוזר בצורת קובייה, כאשר שמונה קודקודים הם אלקטרונים. זה הוביל להתקדמות בחקר הערכיות האטומית והקשר הכימי, במיוחד לאחר עדכון ב-1919 על ידי אירווינג לנגמייר, שהציע את "אטום האוקטט המעוקב".
מחקרים אלו היו הבסיס למה שמכונה כיום דיאגרמות לואיס, שהם כלים שימושיים מאוד להסבר קשרים קוולנטיים.
דגם אטומי תומסון
בחלק האחרון של המאה ה-XNUMX, המדען ג'יי ג'יי תומסון ביצע ניסויים בקרני קתודה והציע מודל שבו האטום היה כדור טעון חיובי, בדומה לכדור בצק, והאלקטרונים בעלי המטען השלילי היו מפוזרים בתוכו, כמו צימוקים בפודינג. דגם זה נודע כ"מודל פודינג הצימוקים" והיה ההצעה הראשונה למבנה פנימי של האטום.
דגם אטומי של רתרפורד
המודל של רתרפורד עלה בתחילת המאה ה-XNUMX. בניסוי מפורסם, רתרפורד הפציץ נייר זהב בחלקיקי אלפא ומצא שרוב החלקיקים עברו דרך נייר הכסף, אך מעטים הוסטו בצורה משמעותית. זה הוביל רתרפורד להציע שלאטום יש גרעין קטן, צפוף וטעון חיובי במרכזו, בעוד האלקטרונים סובבים סביב הגרעין הזה במרחק ניכר, כמו כוכבי לכת מסביב לשמש.
מודל האטום של בור
בהתבסס על המודל של רתרפורד, נילס בוהר הציע ב-1913 כי אלקטרונים נעים במסלולים מעגליים סביב הגרעין. המסלולים האלה היו כמותיים, מה שאומר שרק מסלולים מסוימים הותרו, בעוד שאחרים לא היו מותרים. בוהר גם קבע שאלקטרונים יכולים לקפוץ בין מסלולים שונים על ידי פליטת או ספיגת אנרגיה בצורה של פוטונים, ובכך הסביר את הפליטה והבליעה של האור על ידי אטומים.
המודל האטומי של זומרפלד (1916 לספירה)
המודל של זומרפלד התבסס בחלקו על הנחות היחסות של אלברט איינשטיין. מודל זה הוצע על ידי ארנולד זומרפילד בניסיון לפצות על החסרונות של מודל בוהר.
הוא מבוסס בחלקו על הנחות היחסות של אלברט איינשטיין. השינויים שלו כללו אישור שמסלול האלקטרון הוא מעגלי או אליפטי, כלומר לאלקטרון יש זרם חשמלי קטן ושיש שתי רמות משנה או יותר החל מרמת האנרגיה השנייה.
המודל האטומי של שרדינגר
בהתבסס על עבודתם של בוהר וזומרפלד, ארווין שרדינגר הציע להתייחס לאלקטרונים כגלי חומר, מה שאפשר פרשנות הסתברותית מאוחרת יותר של פונקציית הגל (המתארת את גודל ההסתברות למצוא אדם). חלל), מאת מקס בורן.
המשמעות היא שבזכות עקרון אי הוודאות של הייזנברג, אפשר לחקור באופן הסתברותי את מיקומו של האלקטרון או את התנע שלו, אבל לא את שניהם. זהו המודל האטומי הנוכחי נכון לתחילת שנות ה-2000, עם כמה תוספות שנעשו מאוחר יותר. זה נקרא "מודל הגלים הקוונטיים".
מודל אטומי קוונטי
המודל הקוונטי, שפותח לאורך המאה ה-XNUMX, הוא המורכב והעדכני ביותר. הוא מבוסס על תורת מכניקת הקוונטים ומתאר את האטום כענן הסתברות שבו האלקטרונים אינם עוקבים אחר מסלולים מדויקים, אלא הם נמצאים באזורים בחלל עם סבירות גבוהה יותר להימצא. מודל זה אפשר הבנה מעמיקה יותר של אלקטרונים והתנהגותם, ופתח את הדלת להתקדמות בכימיה ובפיזיקה המודרנית.
אני מקווה שעם המידע הזה תוכל ללמוד יותר על מה הם מודלים אטומיים ואיזה סוגי מודלים היו קיימים לאורך ההיסטוריה.