• מהם מודלים אטומיים?
• דגם אטומי של דמוקריטוס (450 לפני הספירה)
• המודל האטומי של דלטון (1803 לספירה)
• המודל האטומי של לואיס (1902 לספירה)
• המודל האטומי של תומסון (1904 לספירה)
• המודל האטומי של רתרפורד (1911 לספירה)
• המודל האטומי של בוהר (1913 לספירה)
• המודל האטומי של זומרפלד (1916 לספירה)
• המודל האטומי של שרדינגר (1926 לספירה)

אנו מסבירים מהם מודלים אטומיים וכיצד הם התפתחו, מימי קדם ועד ימינו.

מודלים אלו מבקשים להסביר בעצם ממה מורכב החומר.

מהם מודלים אטומיים?

מודלים אטומיים ידועים בתור הייצוגים הגרפיים השונים של מִבְנֶה ותפעול ה אטומים. מודלים אטומיים פותחו לאורך ההיסטוריה של אֶנוֹשִׁיוּת מהרעיונות שבכל עידן טופלו לגבי הרכב ה חוֹמֶר.

המודלים האטומיים הראשונים מתוארכים לימי קדם הקלאסית, כאשר פילוסופים וחוקרי טבע העזו לחשוב ולהסיק את ההרכב של דברים שקיימים, כלומר של חומר.

דגם אטומי של דמוקריטוס (450 לפני הספירה)

"תורת האטום של היקום" נוצרה על ידי הפילוסוף היווני דמוקריטוס יחד עם המנטור שלו, לאוקיפוס. באותה תקופה ה יֶדַע לא הושגו באמצעות ניסוי, אלא דרך ה הַנמָקָה הגיוני, המבוסס על ניסוח ודיון ברעיונות.

דמוקריטוס הציע שהעולם מורכב מחלקיקים קטנים מאוד ובלתי ניתנים לחלוקה, של קִיוּם נצחי, הומוגני ובלתי ניתן לדחיסה, שההבדלים היחידים ביניהם היו בצורה וגודל, אף פעם לא בתפקוד הפנימי. האם חלקיקים הם הוטבלו כ"אטומים", מילה שמקורה ביוונית atémnein y פירושו "ניתן לחלוקה".

לפי דמוקריטוס, תכונות החומר הם נקבעו לפי האופן שבו קובצו האטומים יחד. פילוסופים מאוחרים יותר כמו אפיקורוס הוסיפו לתיאוריה את תְנוּעָה אקראי של אטומים.

המודל האטומי של דלטון (1803 לספירה)

המודל האטומי הראשון עם בסיסים מדעיים נולד בתוך ה כִּימִיָה, שהוצע על ידי ג'ון דלטון ב-"Atomic Postulates". הוא טען שהכל עשוי מאטומים, בלתי ניתנים לחלוקה ובלתי ניתנים להריסה, אפילו באמצעות תגובה כימית.

דלטון הציע שהאטומים של אותו יסוד כימי שווים זה לזה ויש להם אותו הדבר מסה ותכונות שוות. מצד שני, הוא הציע את הרעיון של משקל אטומי יחסי (משקל כל יסוד ביחס למשקל המימן), תוך השוואה בין המסות של כל יסוד למסת המימן. הוא גם הציע שאטומים יכולים להתחבר זה עם זה ליצירת תרכובות כימיות.

לתיאוריה של דלטון היו כמה פגמים. הוא טען שתרכובות כימיות נוצרו תוך שימוש במעט אטומים אפשריים של היסודות שלהן. לדוגמה, המולקולה של מיםלפי דלטון, זה יהיה HO ולא H2O, שזו הנוסחה הנכונה. מצד שני, הוא אמר שהאלמנטים ב מצב גזי הם תמיד היו מונוטומיים (מורכבים מאטום בודד), מה שאנו יודעים אינו אמיתי.

המודל האטומי של לואיס (1902 לספירה)

נקרא גם "מודל של האטום הקוביק", במודל לואיס זה הציע את מבנה האטומים המפוזרים בצורה של קובייה, שבשמונה קודקודים שלה היו אלקטרונים. זה אפשר התקדמות בחקר ה ערכיות אטומי ו קישורים כימיים, במיוחד לאחר העדכון שלו על ידי אירווינג לנגמייר ב-1919, שם העלה את "אטום השמינייה המעוקבת".

מחקרים אלו היו הבסיס למה שמכונה היום דיאגרמת לואיס, כלי שימושי מאוד להסבר קשר קוולנטי.

המודל האטומי של תומסון (1904 לספירה)

תומסון הניח שהאטומים הם כדוריים עם אלקטרונים משובצים בהם.

מודל זה, שהוצע על ידי ג'יי ג'יי תומסון, מגלה האלקטרון ב-1897, הוא לפני גילוי פרוטונים י נויטרונים, אז הוא הניח שהאטומים מורכבים מכדור טעון חיובי ואלקטרונים בעלי מטען שלילי משובצים בו, כמו צימוקים בפודינג. אושר מֵטָפוֹרָה הוא העניק לדוגמנית את הכינוי "דגם פודינג צימוקים".

מודל זה עשה חיזוי שגוי של המטען החיובי על האטום, מכיוון שהוא קבע שהוא מופץ בכל האטום. מאוחר יותר זה תוקן במודל של ראתרפורד שבו הוגדר גרעין האטום.

המודל האטומי של רתרפורד (1911 לספירה)

ארנסט רתרפורד עשה סדרה של ניסויים בשנת 1911 מעלי זהב. בניסויים אלה הוא קבע שהאטום מורכב מגרעין אטום טעון חיובי (שבו מרוכזת רוב המסה שלו) ומאלקטרונים, המסתובבים בחופשיות סביב גרעין זה. במודל זה מוצע לראשונה קיומו של גרעין האטום.

המודל האטומי של בוהר (1913 לספירה)

כאשר קופצים ממסלול אחד למשנהו, האלקטרונים פולטים פוטון המבדיל את האנרגיה בין מסלולים.

מודל זה מתחיל בעולם של גוּפָנִי להנחות קוונטיות, ולכן זה נחשב למעבר בין מכניקה קלאסית לבין קוונטי. הפיזיקאי הדני נילס בוהר הציע מודל זה כדי להסביר כיצד לאלקטרונים יכולים להיות מסלולים יציבים (או רמות אנרגיה יציבות) המקיפים את הגרעין. זה גם מסביר מדוע לאטומים יש ספקטרום פליטה אופייני.

בספקטרה שבוצעה עבור אטומים רבים, נצפה כי לאלקטרונים מאותה רמת אנרגיה יש אנרגיות שונות. זה הראה שיש טעויות במודל ושחייבות להיות תת-רמות אנרגיה בכל רמת אנרגיה.

המודל של בוהר מתמצה בשלוש הנחות:

• אלקטרונים מתחקים אחר מסלולים מעגליים סביב הגרעין מבלי להקרין אֵנֶרְגִיָה.
• המסלולים המותרים לאלקטרונים הם אלה בעלי ערך מסוים של תנע זוויתי (L) (כמות הסיבוב של עצם) שהוא כפולה שלמה של הערך, כאשר h = 6.6260664 × 10-34 ו-n = 1, 2, 3 ….
• אלקטרונים פולטים או סופגים אנרגיה כאשר הם קופצים ממסלול אחד למשנהו ובכך הם פולטים פוטון המייצג את ההבדל באנרגיה בין שני המסלולים.

המודל האטומי של זומרפלד (1916 לספירה)

המודל של זומרפלד התבסס בחלקו על ההנחות היחסיות של אלברט איינשטיין.

מודל זה הוצע על ידי ארנולד זומרפילד כדי לנסות לכסות את החסרונות של מודל בוהר.

הוא התבסס בחלקו על הנחות היחסות של אלברט איינשטיין. בין השינויים שלו היא הקביעה שמסלולי האלקטרונים היו מעגליים או אליפטיים, שלאלקטרונים זרימה חשמלית אותיות קטנות וכי מרמת האנרגיה השנייה היו שתי רמות משנה או יותר.

המודל האטומי של שרדינגר (1926 לספירה)

שהוצע על ידי ארווין שרדינגר ממחקריהם של בוהר וזומרפלד, הוא הגה אלקטרונים כגלים של חומר, מה שאפשר את הניסוח הבא של פרשנות הסתברותית של פונקציית הגל (גודל המשמש לתיאור הִסתַבְּרוּת מציאת חלקיק בחלל) מאת מקס בורן.

זה אומר שאתה יכול ללמוד באופן הסתברותי את מיקומו של אלקטרון או את הכמות שלו תְנוּעָה אך לא שניהם בו זמנית, בשל עקרון אי הוודאות של הייזנברג.

זהו המודל האטומי שהיה בתוקף בתחילת המאה ה-21, עם כמה תוספות מאוחרות יותר. זה ידוע כ"מודל הקוונטי-גלתי".