התיאוריה האטומית מקורה בסקרנותם של פילוסופים יוונים בכמה מאות לפני הספירה, כמו לאוציפוס ודמוקריטוס, שטענו כי כל החומר מורכב מחלקיקים שלא ניתן לחלק אותם שוב.
הרעיון שהועבר על ידי דמוקריטוס קובע כי אם חומר מחולק לחלקים קטנים יותר אז הוא ממשיך להיות מחולק שוב, שיגיע לחלק קטן מאוד שלא ניתן לחלק אותו שוב או שלא ניתן להשמיד אותו בשם אטום (מהמילה Atomos ביוונית. שמשמעותו לא מחולק).
אז, רעיונות פילוסופיים אודות תורת האטום לא התקבלו עד תחילת המאה ה -18, עד שלבסוף ג'ון דלטון נתן הסבר על תורת האטום על בסיס חוקים כימיים בסיסיים, חוק שימור המסה, חוק הפרופורציות הקבועות וחוק הכפל פרופורציות.
תורת האטום של דלתון
את פיתוח תיאוריית האטום יזם ג'ון דלתון לראשונה בשנים 1803 עד 1808. ג'ון דטון הצהיר כי
- כל יסוד מורכב מחלקיקים קטנים מאוד הנקראים אטומים
- כל האטומים של אותו יסוד זהים, אך האטומים של יסודות אחרים שונים מאלמנטים אחרים
- אטומים אינם ניתנים לחלוקה, ולא ניתן ליצור אותם או להרוס אותם על ידי תגובות כימיות.
- תרכובות נוצרות משילוב של אטומים של יסודות שונים עם יחסי אטום ספציפיים
המודל האטומי של דלתון מתואר ככדור מוצק או כדור ביליארד כמוצג להלן.
תיאוריה אטומית של ג'יי ג'יי תומסון
תורת האטום של ג'יי ג'יי תומסון נולד בשנת 1897 כאשר התנסה בקרני קתודה. בניסויים שלו ניתן להטות קרני קתודה על ידי שדה מגנטי או שדה חשמלי. ניתן להטות את קרני הקתודה הטעונות חשמל לכיוון הקטבים הטעונים באופן חיובי כך שקרני הקתודה טעונות שלילית.
ובכן, חלקיק טעון שלילי זה מתייחס לגילוי אלקטרונים וג'יי ג'יי. תומסון טען כי אטומים מורכבים מאלקטרונים טעונים שלילית.
המודל האטומי של ג'יי ג'יי תומסון מתואר ככדור עם אלקטרונים מפוזרים כמו לחם צימוקים. צימוקים אלה הם אלקטרונים ואילו הלחם הוא כדור טעון חיובי.
קראו גם: גיל ניאוליטי: תיאורים, מאפיינים, כלים ומורשתהתיאוריה האטומית של רתרפורד
בשנת 1911 ערך ארנסט רתרפורד ניסוי על ידי ירי בחלקיק α טעון חיובי על צלחת זהב דקה.
מניסויים אלה הוא מצא שרוב החלקיקים חודרים דרך לוחית הזהב, ואז חלקם חווים סטיה והשתקפות.
ניתן להסיק כי מודל האטום של רתרפורד מורכב מאטומים שהם לרוב חלל ריק בצורת גרעין מוצק וטעון חיובי הנקרא גרעין האטום ואלקטרונים טעונים שלילית המקיפים את גרעין האטום.
התיאוריה האטומית של בוהר
בשנת 1913 הציע נילס בוהר את הרעיון של מודל אטומי להסביר את תופעת פיזור האור מגורמים כאשר הם נתונים ללהבות או למתח חשמלי גבוה.
המודל האטומי של בוהר הוא ספציפית מודל של אטום המימן להסבר התופעה של ספקטרום הקו של אטום המימן. בוהר הצהיר כי אלקטרונים טעונים שלילית נעים סביב הגרעין הטעון חיובי במרחקים שונים באותו אופן כמו מסלולי כוכבי הלכת סביב השמש.
ובכן, מודל בוהר האטום ידוע גם כמודל מערכת השמש. במודל זה כל מסלול מסלול אלקטרוני נמצא ברמת אנרגיה שונה כאשר ככל שמסלול מסלול הרחוק יותר מהגרעין, כך רמת האנרגיה גבוהה יותר. מסלול מסלולם של אלקטרונים אלה נקרא מעטפת אלקטרונים. כאשר אלקטרון נופל ממסלול חיצוני למסלול עמוק יותר, האור המוקרן תלוי ברמות האנרגיה של שני מסלולי המסלול.
תורת מכניקת הקוונטים
תורת מכניקת הקוונטים החלה ב"קטסטרופה האולטרה סגולה "לקראת סוף המאה ה- 19. בתדרים גבוהים, קרינת גוף שחור תהיה בעלת ערך עצום ואף אינסופי. מקס פלאנק הצליח למצוא נוסחה פשוטה בנושא קרינת גוף שחור כדי לפתור את בעיית האסון האולטרה סגול הזה.
אף על פי שהיא פשוטה, תגלית זו עומדת בבסיס לידתה של פיזיקת הקוונטים בתחילת המאה ה -20.
קראו גם: נוסחאות ליועצי סגנון ושאלות לדוגמא + דיוןבמקביל, אלברט איינשטיין שלח נייר לפלאנק ובו רעיון האפקט הפוטואלקטרי בשנת 1905. רעיונותיו של איינשטיין הוכיחו את הנוסחה הפשוטה של פלאנק והוכיחו כי האור מתנהג כחלקיקים. לאחר מכן היה פיזיקאי מארצות הברית בשם ארתור קומפטון שהשתתף בהוכחתו שלאור יש שתי התנהגויות, כלומר חלקיקים וגלים.
עם הזמן לואי דה ברוגלי הצליח לגבש את המומנטום הליניארי של גל. זה מה שגורם לגל להתנהג גם כחלקיק.
בשנת 1924 הגיע וולפגנג פאולי עם איסור. איסור שאינו מאפשר לשני אלקטרונים או יותר לקבל את אותם ארבעה מספרים קוונטיים (כתובות אלקטרונים באטומים).
כעבור כמה חודשים, בחורף הצליח ארווין שרדינגר להמציא רעיון גל מדהים, כלומר משוואת גל. עם זאת, נראה שרעיון הגל של שרודינגר מחיה את הרעיון הקלאסי הזה שהחל להיות מוטל בספק.
באותה תקופה שרדינגר מצא רק מושג גס על משוואת הגלים שגילה. אפילו הוא לא ידע מה מצא.
התעלומה של משוואת שרודינגר נפתרה לבסוף כאשר מקס בורן פרסם את רעיונותיו בנושא ההסתברות לגלים. בורן הסביר כי שלטון הגלים של שרודינגר אינו בטוח או הסתברותי.
מתוך תחושה שרעיונותיו נלקחים כלאחר יד, עשה שרדינגר אנלוגיה ניסיונית אותה כינה "החתול של שרודינגר“.
למרות שהייתה מחלוקת בין הפיזיקאים בגלל חילוקי דעות באותה תקופה, הם התאחדו לבסוף בכנס סולביי שיזם ארנסט סולביי כדי לדון ברעיונות חדשים להחליף את הרעיונות הקלאסיים שהחלו להיות מוטלים בספק עם מה שמכונה מדע. מכניקת קוונטים או פיזיקה קוונטית.
לפיכך, התפתחות התיאוריה האטומית מתורת האטום של דלתון לתיאוריית מכניקת הקוונטים. יכול להיות שימושי!
