Możesz wyszukać zdjęcie atomu w Internecie, a znajdziesz je, mimo że nikt wcześniej nie widział atomu. Ale mamy oszacowanie, jak wygląda pojedynczy atom dzięki pracy kilku różnych naukowców, takich jak duński fizyk Niels Bohr.
Atomy są budulcem materii - pojedynczy atom dowolnego pojedynczego pierwiastka jest najbardziej podstawową istotą w przyrodzie, która wciąż przestrzega praw fizyki, jakie możemy obserwować w życiu codziennym (cząstki subatomowe tworzące atomy mają swoje własne, specjalne zasady) . Naukowcy podejrzewali, że atomy istniały przez długi czas, zanim mogli konceptualizować swoją strukturę - nawet starożytni Grecy doszli do wniosku, że materia wszechświata składa się z elementów tak małych, że nie można ich rozbić na nic mniejszego, i nazwali te podstawowe jednostki atomos , co oznacza „niepodzielny”. Pod koniec XIX wieku zrozumiano, że substancje chemiczne można rozbić na atomy, które są bardzo małe, a atomy różnych pierwiastków mają przewidywalną wagę.
Ale potem, w 1897 roku, brytyjski fizyk JJ Thomson odkrył elektrony - ujemnie naładowane cząstki wewnątrz atomów, w których wszyscy wierzyli, że są całkowicie niepodzielne - jako najmniejsze rzeczy, które istniały. Thomson postawił właśnie hipotezę, że elektrony istnieją, ale nie mógł dokładnie określić, jak elektrony pasują do atomu. Jego najlepszym przypuszczeniem był „ model budyniu śliwkowego ”, który przedstawiał atom jako dodatnio naładowany placek z ujemnie naładowanymi obszarami rozrzuconymi po całej powierzchni jak owoce na starym deserze.
„Okazało się, że elektrony są elektrycznie ujemne i wszystkie mają tę samą masę i są bardzo małe w porównaniu z atomami” - mówi Dudley Herschbach, chemik z Harvardu, który w 1986 r. Otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za „wkład dotyczący dynamiki podstawowych procesów chemicznych , ”w e-mailu. "Ernest Rutherford odkrył jądro w 1911 r. Jądra były elektrycznie dodatnie, o różnych masach, ale znacznie większe od elektronów, ale bardzo małe."
Wielki skok naprzód
Niels Bohr był uczniem Rutherforda, który odważnie przejął projekt swojego mentora polegający na rozszyfrowaniu struktury atomu w 1912 roku. Opracowanie działającego modelu atomu wodoru zajęło mu zaledwie rok.
„Model atomu wodoru Bohra z 1913 r. Miał wokół protonu okrągłe orbity elektronów - podobnie jak Ziemia krąży wokół Słońca” - mówi Herschbach. „Bohr wykorzystał prosty i regularny wzór widma atomu wodoru, który został znaleziony przez Johanna Balmera w 1885 roku. Skorzystał również z idei kwantowej idei znalezionej przez Maxa Plancka w 1900 roku”.
W 1913 roku model Bohra był gigantycznym krokiem naprzód, ponieważ włączył cechy nowonarodzonej mechaniki kwantowej do opisu atomów i cząsteczek. W tym samym roku opublikował trzy artykuły na temat budowy atomów i cząsteczek: pierwszy i najbardziej znany był poświęcony atomowi wodoru, a dwa pozostałe opisywały niektóre pierwiastki z większą liczbą elektronów, wykorzystując jego model jako szkielet. Zaproponowany przez niego model atomu wodoru miał elektrony poruszające się wokół jądra, ale tylko po specjalnych torach o różnych poziomach energii. Bohr postawił hipotezę, że światło zostało wyemitowane, gdy elektron przeskoczył z toru o wyższej energii do toru o niższej energii - to właśnie spowodowało, że wodór w szklanej rurce świecił. Miał rację co do wodoru, ale jego model był trochę niesprawny.
„Model nie zdołał przewidzieć właściwej wartości energii stanu podstawowego atomów wieloelektronowych i energii wiązania cząsteczek - nawet dla najprostszych układów 2-elektronowych, takich jak atom helu czy cząsteczka wodoru” - mówi Anatolij Svidzinsky , profesor w Institute for Quantum Science and Engineering w Texas A&M, w wywiadzie e-mailowym. „Tak więc już w 1913 roku było jasne, że model Bohra nie jest całkiem poprawny. Nawet dla atomu wodoru model Bohra niepoprawnie przewiduje, że stan podstawowy atomu ma niezerowy orbitalny moment pędu”.
Nagroda Nobla z 1922 r
Co oczywiście może nie mieć dla ciebie większego sensu, jeśli nie jesteś fizykiem kwantowym. Jednak model Bohra został przyspieszony, aby otrzymać Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1922 r. Ale nawet gdy Bohr ugruntowywał swoją reputację w świecie fizyki, naukowcy udoskonalali jego model:
„Model atomu wodoru Bohra został udoskonalony przez Arnolda Sommerfelda w 1916 roku” - mówi Herschbach. "Znalazł orbity eliptyczne, które odpowiadały liniom widmowym w pobliżu tych, które pochodziły z orbit kołowych. Model Bohra-Sommerfelda dla atomu wodoru jest podstawowy, ale kwant i względność stały się głównymi aspektami."
W latach 1925-1928 Werner Heisenberg, Max Born, Wolfgang Pauli, Erwin Schrodinger i Paul Dirac rozwinęli te aspekty daleko poza atomowym modelem Bohra, ale jest to zdecydowanie najbardziej rozpoznawalny model atomu. Modele atomowe fizyki kwantowej sprawiły, że wyglądamy mniej jak słońce otoczone planetami elektronowymi, a bardziej przypominamy sztukę współczesną. Prawdopodobnie nadal używamy modelu Bohra, ponieważ jest to dobre wprowadzenie do pojęcia atomu.
„W 1913 r. Model Bohra wykazał, że kwantyzacja jest właściwą drogą do opisu mikroświata” - mówi Svidzinsky. „W ten sposób model Bohra wskazał naukowcom kierunek poszukiwań i stymulował dalszy rozwój mechaniki kwantowej. Jeśli znasz ścieżkę, to prędzej czy później znajdziesz właściwe rozwiązanie problemu. Model Bohra może być jednym z znaki kierunkowe wzdłuż szlaku turystycznego do świata kwantowego ”.
Teraz to jest interesujące
Ojciec Nielsa Bohra, Christian Bohr , był nominowany do trzech różnych Nagród Nobla w dziedzinie fizjologii medycyny, choć nigdy nie wygrał.
