اتم، ذره‌ی کوچک ماده

اتم شناسى از مهمترین مباحث علمى امروز و از نشاط انگیزترین آن هاست، این ذره ریز به ما درس توحید مى دهد، زیرا در جهان اتم بیش از همه، چهار چیز جلب توجه مى کند. از دیرباز دانشمندان نظریات گوناگونی در ارتباط با اتم، شکل اتم، داخل اتم و ... داشته‌اند. امروزه با پیشرفت علم و تکنولوژی دانشمندان به دید جامعتری نسبت به اتم رسیده‌اند. در این بخش در ارتباط با این ذره‌ی کوچک ماده توضیح می‌دهیم.

انسان از دیرباز در این تفکر بود که اتم بزرگتر را می توان به اتم کوچکتر تقسیم کرد بدون این که ماهیت جسم عوض شود. طبق بعضی عقاید این تقسیم بندی همین طور تا بی نهایت ادامه پیدا کرد. اما مبنای تفکر یونانی گفت که این تقسیم شدن تا بی نهایت ادامه ندارد بلکه این اجسام تا جایی تقسیم می شوند که به ذره ای برسند که غیر قابل تقسیم باشد و اسم آن ذره را اتم گذاشتند که به معنای ناگسستنی و تقسیم ناپذیری است.

بشر با پیشرفت علم و تکنولوژی در قرون گذشته و شناخت پیوندها و مولکول ها و عناصر، متوجه شد که مبنای ساخت مواد موجود در جهان، ذرات 118 گانه ایی است که به تقلید یونانی ها اسم آن اتم می باشد. اتم كوچكترین واحد تشکیل دهنده یک عنصر کیمیاوی است كه خواص همان عنصر را دارا می باشد. یا به عبارت دیگر اتم كوچك ترین ذرة یك عنصر بوده است و واژه‌ی اتم به معنای غیر قابل تقسیم است. در ابتدا دانشمندان نسبت به طعم، رنگ و... گمان می‌کردند که اتم‌ها دارای شکل متفاوت هستند اما دالتون تفاوت را در تغییرات رنگ و مزه نمی‌دانست.

اتم چگونه کشف شد؟

دموکریت در 500 سال قبل از میلاد اوّلین تحقیق‌ها را در رابطه با اتم انجام داد. البته نتایج آزمایش‌های او امروزه هیچ کدام مورد قبول نیست اما اصلی ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم بود. نام اتم به معنای تجزیه ناپذیر را نیز او انتخاب کرد. نظریه ‌های او بسیار ابتدایی بود اما باید توجه داشت که تا زمانی که نمی‌توان اتم را به چشم دید صحبت در رابطه با آن نیز تنها حدس است. او بر این عقیده بود که:

ماده ساختار ذرّه‌ای دارد یعنی از ذرّه‌های بسیار کوچکی ساخته شده‌است که خود آن را تجزیه ناپذیر نامید.

اتم مواد مختلف در شکل بایکدیگر متفاوت است. برای مثال مواد تیز و برنده یا ترش دارای اتمی با لبه‌های تیز به شکل‌هایی چون مثلث هستند یا مواد نرم و شیرین دارای شکلی دایره‌ای.(البته این مورد در نظرات بعدی کاملا رد شد).

نظریه اتمی دموکریت احتمالاً بر پایه نظریه‏های پیشین فلاسفه یونان بنا نهاده شده است. این نظریه اولین کوشش علمی برای توضیح ماهیت ماده به شمار می‏آید؛ هر چند، امروزه ثابت شده است که بسیاری از فرضیه‏های دموکریت نادرست  بوده است. طبق این نظریه اجسام و اجرام محسوس تشکل یافته‏اند از مجموعه‏ای از ذرات بسیار ریز غیر محسوس و غیر قابل شکستن.

به عقیده دموکریت هر جسمی که به وسیله شکستن یا بریدن و غیره دو تا می‏شود در واقع به این صورت است که ذراتی که در کنار هم قرار داشتند از یکدیگر دور می‏شوند ولی بر پایه دیدگاه بیشتر فیلسوفان وقتی که جسمی را دو قسمت می‏کنیم واقعاً یک واحد واقعی را تبدیل به دو واحد می‏کنیم و نیز طبق نظریه دموکریت خود ذرات تشکیل دهنده اجسام محسوس نشکن و غیر قابل تقسیم می‏باشند یعنی منقسم شدن و دو پاره شدن آن ها محال است بر خلاف نظریه دیگران که واحد جسم هر اندازه ریز و کوچک باشد خاصیت قابلیت انقسام از او سلب نمی‏شود.

بنابر نظریه دموکریت هر یک از ذرات تشکیل دهنده جسم خود دارای طول و عرض و عمق است و وحدت اتصالی دارد و در حقیقت جسم واقعی یعنی واحد جسم همان ذرات می‏باشند و اجسام محسوسه هر کدام مجموعه‏ای از عده‏ای از اجسام کوچک‌تر می‏باشند و در حقیقت دموکریت از نظر فلسفی یعنی از آن نظر که مربوط است به حقیقت جسم با دیگران اختلافی ندارد و با آن ها هماهنگ است که حقیقت جسم عبارت است از جوهر قابل ابعاد سه‏ گانه اختلافش با سایر حکما درباره حقیقت جسم نیست در باره مصداق آن حقیقت است ‏یعنی از نظر علمی و حسی است که آیا اجسام محسوس هر کدام یک واحد جسم واقعی می‏باشند یا هر کدام مجموعه‏ای از واحدهای جسم می‏باشند.

اختلاف نظر دیگرش در قابلیت بخش شدن ذرات بوده‌ است که به عقیده او ذرات بخش‌ناپذیر می‏باشند و به باور سایر فلاسفه واحد جسم هر اندازه کوچک باشد بخش‌پذیری آن همچنان محفوظ است این اختلاف نظر البته فلسفی است نه علمی.

نظریه اتمی (لوسیپوس) و (موکرتیس) که در قرن پنجم قبل از میلاد مسیح ‌توسط ارسطو رد شد. ارسطو در قرن چهارم قبل از میلاد مسیح نظریه اتمی را نپذیرفت. او باور داشت که به طور فرضی ماده بی‌پایان به ذرات کوچک و کوچکتر تقسیم می‌شود. این نظریه دو هزار سال به صورت اندیشه محض باقی ماند. رابرت بویل در سال 1661 و ایزاک نیوتون در سال 1687 وجود اتم ها را پذیرفتند و در سال 1808 نظریه اتمی دالتون ارائه شد.

جان دالتون نظریه اتمی را به گونه‌ای طرح کرد که شاخص برجسته‌ای در تاریخ شیمی شد. این نظریه در سال های 1803 تا 1808 مطرح شد. در آن زمان دانشمندان بسیاری معتقد بودند که ماده از اتم‌ها ترکیب یافته است اما دالتون از این هم پیش رفت. او طرحی برای نظریه اتمی به وجود آورد که می‌توانست قوانین تغییر شیمیایی را توضیح دهد و با نسبت دادن جرم های نسبی به اتم های عناصر گوناگون به مفهوم نظریه اتمی صورت کمی داد.

اصول نظریه‌ی دالتون:

عناصر از ذرات بی‌نهایت کوچکی که اتم نامیده می‌شوند ترکیب یافته‌اند. تمام اتم های یک عنصر یکسان و اتم های عناصر گوناگون متفاوت‌اند.

در واکنش های شیمیایی اتم ها از هم جدا می‌شوند و به هم می‌پیوندند. در این واکنش هیچ اتمی ایجاد نمی‌شود یا از میان نمی‌رود و هیچ اتمی از یک عنصر به عنصر دیگر تبدیل نمی‌شود.

یک ماده مرکب شیمیایی حاصل ترکیب اتم های دو یا چند عنصر است. یک ماده مرکب معین از اتم هایی ترکیب یافته است که همواره نوع و نسبت آن ها ثابت است.

نظریه دالتون به مفهوم کلی آن امروزه نیز معتبر است. لیکن اصل اول آن تغییر یافته است. دالتون می‌گفت که تمام اتم های یک عنصر معین، جرم اتمی یکسان دارند. امروزه ما می‌دانیم که تمام اتم های یک عنصر از لحاظ شیمیایی به هم شبیه و اتم های یک عنصر با اتم های عنصر دیگر تفاوت دارند. علاوه بر این ما می‌توانیم یک جرم متوسط برای اتم های هر عنصر در نظر بگیریم. در بسیاری از محاسبات اگر عنصر را از یک نوع اتم با جرم متوسط بدانیم اشتباهی به وجود نمی‌آید.

دالتون وجوه کمی نظریه خود را از درون دو قانون مربوط به تغییرات شیمیایی بیرون کشید:

قانون پایستاری جرم می‌گوید که در جریان یک واکنش شیمیایی جرم تغییر محسوسی نمی‌کند. اصل دوم نظریه دالتون این قانون را توضیح می‌دهد.

قانون نسبت های معین می‌گوید که یک ماده مرکب خالص همواره شامل عناصر معینی است که با نسبت جرمی معین ترکیب می‌شوند. اصل سوم نظریه دالتون این قانون را توضیح می‌دهد.

اندازه اتم

اتم‌ها، از طرق ساده، قابل تفکیک نیستند، اما باور امروزه بر این است که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده است. قطر یک اتم، معمولاً میان 10pm تا 100pm متفاوت است. 

ذرات درونی اتم

در آزمایش‌ها مشخص گردید که اتم‌ها نیز خود از ذرات کوچکتری ساخته شده‌اند. در مرکز یک هسته کوچک مرکزی مثبت متشکل از ذرات هسته‌ای (پروتون‌ها و نوترون‌ها) و بقیه اتم فقط از پوسته‌های شامل الکترون تشکیل شده است. معمولاً اتم‌های با تعداد مساوی الکترون و پروتون، از نظر الکتریکی خنثی هستند.

طبقه‌بندی اتم‌ها

اتم‌ها عموماً برحسب عدد اتمی که متناسب با تعداد پروتون‌های آن اتم می‌باشد، طبقه‌بندی می‌شوند. برای مثال، اتم های کربن اتم‌هایی هستند که دارای شش پروتون می‌باشند. تمام اتم‌های با عدد اتمی مشابه، دارای خصوصیات فیزیکی متنوع یکسان بوده و واکنش شیمیایی یکسان از خود نشان می‌دهند. انواع گوناگون اتم‌ها در جدول تناوبی لیست شده‌اند.

ساده‌ترین اتم

ساده‌ترین اتم، اتم هیدروژن است که عدد اتمی یک دارد و دارای یک پروتون و یک الکترون می‌باشد. این اتم در بررسی موضوعات علمی، خصوصاً در اوایل شکل‌گیری نظریه کوانتوم، بسیار مورد علاقه بوده است. 

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: مرتضی عرفانیان

تنظیم: مریم فروزان کیا