Atomlar maddenin temel birimleri ve elementlerin tanımlayıcı yapısıdır. "Atom" terimi Yunanca'nın bölünmez kelimesinden gelir, çünkü bir zamanlar atomların evrendeki en küçük şeyler olduğu ve bölünemediği düşünülüyordu. Artık atomların üç parçacıktan oluştuğunu biliyoruz: protonlar, nötronlar ve elektronlar - ki kuarklar gibi daha küçük parçacıklardan bile oluşur.
Atomlar, 13.7 milyar yıl önce Big Bang'den sonra yaratıldı. Sıcak, yoğun yeni evren soğudukça, kuarkların ve elektronların oluşması için koşullar uygun hale geldi. Kuarklar, protonlar ve nötronlar oluşturmak için bir araya geldi ve bu parçacıklar çekirdeğe birleştirildi. CERN'e göre, bunların hepsi evrenin varlığının ilk birkaç dakikasında gerçekleşti.
Evrenin, elektronları yavaşlatacak kadar soğuması 380.000 yıl sürdü, böylece çekirdekler ilk atomları oluşturmak için onları yakalayabilir. Jefferson Lab'a göre, en eski atomlar öncelikle evrendeki en bol element olan hidrojen ve helyumdu. Yerçekimi sonunda gaz bulutlarının yıldızları birleştirmesine ve oluşturmasına neden oldu ve yıldızlar içinde daha ağır atomlar yaratıldı (ve hala) ve yıldız patladığında (süpernova) evren boyunca gönderildi.
Atomik parçacıklar
Protonlar ve nötronlar elektronlardan daha ağırdır ve atomun merkezindeki çekirdeğin içinde bulunur. Elektronlar son derece hafiftir ve çekirdeğin etrafında dönen bir bulutta bulunur. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'na göre elektron bulutu çekirdeğe göre 10.000 kat daha büyük bir yarıçapa sahiptir.
Protonlar ve nötronlar yaklaşık olarak aynı kütleye sahiptir. Bununla birlikte, bir proton bir elektrondan yaklaşık 1.835 kat daha büyüktür. Atomlar her zaman eşit sayıda proton ve elektrona sahiptir ve proton ve nötron sayısı da genellikle aynıdır. Bir atoma bir proton eklemek yeni bir element oluştururken, bir nötron eklemek o atomun izotopunu veya daha ağır bir versiyonunu yapar.
çekirdek
Çekirdek, 1911 yılında Yeni Zelandalı bir fizikçi Ernest Rutherford tarafından keşfedildi. 1920'de Rutherford, atomun pozitif yüklü parçacıkları için proton adını önerdi. Ayrıca çekirdeğin içinde, İngiliz fizikçi ve Rutherford's öğrencisi James Chadwick'in 1932'de onaylayabildiği tarafsız bir parçacık olduğunu teorize etti.
Chemistry LibreTexts'e göre, bir atomun neredeyse tüm kütlesi çekirdeğinde bulunur. Çekirdeği oluşturan protonlar ve nötronlar yaklaşık olarak aynı kütledir (proton biraz daha azdır) ve aynı açısal momentuma veya dönüşe sahiptir.
Çekirdek, doğada bulunan dört temel kuvvetten biri olan güçlü kuvvet tarafından bir arada tutulur. Protonlar ve nötronlar arasındaki bu kuvvet, elektrik kurallarına göre, protonları başka türlü iten itici elektrik kuvvetinin üstesinden gelir. Bazı atom çekirdeği kararsızdır, çünkü bağlanma kuvveti çekirdeğin büyüklüğüne bağlı olarak farklı atomlar için değişir. Bu atomlar daha sonra karbon-14 gibi azot-14'e bozunma gibi diğer elementlere bozunur.
Protonlar
Protonlar atom çekirdeğinde bulunan pozitif yüklü parçacıklardır. Rutherford, onları 1911 ve 1919 arasında yürütülen katot ışınlı tüplerle yapılan deneylerde keşfetti. Protonlar, nötronlar kadar% 99.86 kadar büyüktür.
Bir atomdaki proton sayısı her elemente özgüdür. Örneğin, karbon atomlarında altı proton, hidrojen atomlarında bir ve oksijen atomlarında sekiz bulunur. Bir atomdaki protonların sayısı, o elementin atom numarası olarak adlandırılır. Proton sayısı ayrıca elementin kimyasal davranışını da belirler. Elementler artan atom numarası sırasıyla Elementlerin Periyodik Tablosunda düzenlenmiştir.
Her bir protonu üç kuark oluşturur - iki "yukarı" kuark (her biri üçte iki pozitif yüke sahiptir) ve bir "aşağı" kuark (üçte biri negatif yüklü) - ve bunlar gluon adı verilen diğer atom altı parçacıklar tarafından bir arada tutulur, bunlar kütlesizdir.
Elektronlar
Elektronlar protonlara ve nötronlara kıyasla küçüktür, bir protondan veya bir nötrondan 1.800 kat daha küçüktür. Jefferson Lab'a göre, elektronlar nötronlar kadar% 0.054 kadar büyüktür.
Bilim Tarihi Enstitüsü'ne göre, Joseph John (J.J.) İngiliz fizikçi Thomson, 1897'de elektronu keşfetti. Başlangıçta "yuvarlanma" olarak bilinen elektronlar negatif bir yüke sahiptir ve elektriksel olarak pozitif yüklü protonlara çekilir. Elektronlar, 1920'lerde Avusturyalı bir fizikçi Erwin Schrödinger tarafından ortaya konan bir fikir olan atom çekirdeğini orbital denilen yollarda kuşatıyor. Bugün, bu model kuantum modeli veya elektron bulutu modeli olarak bilinir. Atomu çevreleyen iç orbitaller küreseldir, ancak dış orbitaller çok daha karmaşıktır.
Bir atomun elektron konfigürasyonu, tipik bir atomdaki elektronların yerlerini ifade eder. Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'na göre kimyagerler elektron konfigürasyonu ve fizik prensiplerini kullanarak stabilite, kaynama noktası ve iletkenlik gibi bir atomun özelliklerini tahmin edebilirler.
Nötronlar
Amerikan Fizik Derneği'ne göre, nötronun varlığı 1920'de Rutherford tarafından teorize edildi ve 1932'de Chadwick tarafından keşfedildi. Nötronlar, atomların ince bir berilyum tabakasına vurulduğu deneyler sırasında bulundu. Yüksüz atomaltı parçacıklar serbest bırakıldı - nötron.
Nötronlar, tüm atom çekirdeğinde bulunan (hidrojen hariç) yüklü olmayan parçacıklardır. Bir nötronun kütlesi bir protonun kütlesinden biraz daha büyüktür. Protonlar gibi nötronlar da kuarklardan oluşur - bir "yukarı" kuark (pozitif 2/3 yüklü) ve iki "aşağı" kuark (her biri negatif üçte biri yüklü).
Atomun tarihi
Atom teorisi en azından MÖ 440'a kadar uzanır. Yunan bilim adamı ve filozof Demokritos'a. "Atomos'tan Atom'a: Konsept Atomun Tarihi" nin yazarı Andrew G. Van Melsen'e göre, Demokritos büyük olasılıkla atom teorisini geçmişteki filozofların üzerine kurdu. (Duquesne University Press, 1952).
Demokritos'un atom açıklaması bir taşla başlar. Yarısında kesilmiş bir taş, aynı taşın iki yarısını verir. Taş sürekli kesilecek olsaydı, bir noktada artık kesilemeyecek kadar küçük bir taş parçası olurdu. "Atom" terimi, Demokritos'un bir varlığın (herhangi bir madde türü) daha fazla bölünemeyeceği nokta olması gereken Yunanca bölünmez kelimesinden gelir.
Onun açıklaması, atomların birbirinden ayrı olarak var olduğu, sonsuz miktarda atomun bulunduğu, atomların hareket edebildiği, madde oluşturmak için bir araya gelebilecekleri, ancak yeni bir atom olmak için birleşemeyecekleri ve Bugün Evren'e göre bölünemez. Bununla birlikte, o zamanki çoğu filozof - özellikle çok etkili Aristoteles - tüm maddelerin topraktan, havadan, ateşten ve sudan yaratıldığına inandığı için Democritus'un atom teorisi bir kenara bırakıldı.
Purdue Üniversitesi kimya bölümüne göre, İngiliz kimyager John Dalton, 1803'te kendi atom teorisini ortaya koyarken Democritus'un fikirleri üzerine inşa edildi. Dalton'un teorisi, Democritus'tan atomların bölünemez ve yok edilemez olduğu ve tüm maddelerin yaratılması için farklı atomların birlikte oluştuğu gibi çeşitli fikirler içeriyordu. Dalton'un teoriye eklemeleri aşağıdaki fikirleri içeriyordu: Belirli bir elementin tüm atomlarının özdeş olması, bir elementin atomlarının başka bir elementin atomlarından farklı ağırlıklara ve özelliklere sahip olması, atomların yaratılamaz veya yok edilemeyeceği ve bu maddenin oluşturduğu atomlar basit tam sayılarla birleşir.
Chemical Heritage Foundation'a göre, 1897'de elektronu keşfeden İngiliz fizikçi Thomson, atomların bölünebileceğini kanıtladı. Katot ışını tüplerindeki elektrik deşarjının özelliklerini inceleyerek elektronların varlığını belirleyebildi. Thomson'ın 1897 tarihli makalesine göre, ışınlar tüp içinde saptırıldı, bu da vakum tüpünde negatif yüklü bir şey olduğunu kanıtladı. 1899'da Thomson, genellikle "erik pudingi modeli" olarak bilinen atom versiyonunun bir tanımını yayınladı. Bu makaleden bir alıntı Chem Team sitesinde bulunmaktadır. Thomson'ın atom modeli, atoma genel bir nötr yük veren pozitif bir yük üreten bir şeyde asılı olan çok sayıda elektron içeriyordu. Modeli, kuru kek benzeri yuvarlak bir topta asılı kuru üzüm olan popüler bir İngiliz tatlısı olan erik pudingine benziyordu.
Purdue Üniversitesi kimya bölümüne göre atom modelini daha fazla değiştiren ve ilerleten bir sonraki bilim adamı Thomson yönetiminde okuyan Rutherford'du. 1911'de Rutherford, elektronların yörüngesinde bulunan pozitif yüklü bir çekirdeği içeren atom versiyonunu yayınladı. Bu model Rutherford ve yardımcıları alfa parçacıklarını ince altın tabakalara ateşlediklerinde ortaya çıktı. Jefferson Laboratuvarı'na göre, alfa parçacığı, çekirdeği bağlayan aynı güçlü nükleer kuvvet tarafından bir arada tutulan iki proton ve iki nötrondan oluşur.
Bilim adamları, alfa parçacıklarının küçük bir yüzdesinin orijinal hareket yönüne çok büyük açılarda dağıldığını fark ederken, çoğunluk neredeyse hiç rahatsız olmadı. Rutherford, altın atomunun çekirdeğinin büyüklüğüne yaklaşabildi ve atomun büyük kısmı boş alan olduğu için tüm atomun boyutundan en az 10.000 kat daha küçük bulundu. Rutherford'un atom modeli hala günümüzde kullanılan temel modeldir.
Bazı diğer bilim adamları atom modelini, Niels Bohr (Rutherford'un modelinde hidrojen spektrumuna dayanan elektronların özelliklerini içerecek şekilde inşa edildi), Erwin Schrödinger (atomun kuantum modelini geliştirdi), Werner Heisenberg (her ikisinin de aynı anda bir elektronun konumu ve hızı) ve Murray Gell-Mann ve George Zweig (protonların ve nötronların kuarklardan oluştuğu teorisini bağımsız olarak geliştirdiler).
