Rozwój poglądów na temat atomu

Około 2500 lat temu greccy filozofowie zadali sobie pytanie- z czego zbudowany jest świat ? Przez wieki uczeni próbowali odpowiedzieć na to pytanie.
Demokryt z Abdery, żyjący ok. 460- 370 filozof grecki , był twórcą atomizmu. Naturę pojmował jako ciągły ruch materialnych, niepodzielnych i wiecznych cząsteczek (atomów), których połączenie daje różnorodne ciała.

Angielski chemik John Dalton, przeprowadzał eksperymenty z rozpuszczalnością różnych gazów w cieczach, stwierdzając , iż rozpuszczalność zależy od wagi i ilości cząstek różnych gazów. Dalton nazwał owe cząstki atomami. W 1808 roku Dalton opublikował pierwszą część pracy Nowy System Filozofii Chemicznej. Podstawowymi założeniami teorii Daltona są następujące założenia:
- materia złożona jest z niewidzialnych atomów
- wszystkie atomy jednego pierwiastka mają identyczną masę i inne właściwości
- każdy pierwiastek zbudowany jest z niepowtarzalnych atomów, różniących się od innych masą
- atomy są niezniszczalne i nie podlegają przemianom podczas reakcji chemicznej, zmienia się tylko ich wzajemne ułożenie i powiązanie
- cząsteczka związku chemicznego składa się ze skończonej i niewielkiej liczby atomów różnych pierwiastków.

Mimo iż dzisiaj wiadomo, że atomy dzielą się na mniejsze elementy, teoria Daltona stanowi wciąż podstawę do rozumienia reakcji chemicznych.

Kolejnym wielkim chemikiem, którego praca w istotny sposób przybliżyła nam poznanie atomu był J.J. Thomson, który w 1897r odkrył elektron i stwierdził , że ilość elektronów pierwiastków lekkich jest równa połowie ich masy. Thomson sugerował również , że liczba elektronów w atomie odpowiada jego masie i stanowi o różnorodności trwałych
pierwiastków.

Początek XX wieku przyniósł nowe odkrycia. Urodzony w Kopenhadze Niels Bohr, w swojej pracy doktorskiej zajmował się teorią elektronów.
Ernest Rutherford wykazał, że atom ma niewielkie, ciężkie jądro. Odkrycie to sprawiło, że fizycy odstąpili od teorii, według której atom był czymś w rodzaju budyniu z rodzynkami - składającego się z jądra usianego elektronami niczym rodzynkami w cieście - na rzecz modelu Rutherforda w którym elektrony krążą wokół niewielkiego jądra. Według Rutherforda atom ma postać układu ładunków, w którego środku znajduje się ciężkie dodatnio naładowane jądro o ładunku że, o wymiarach nie przekraczających 10-14 m, a wokół jądra w całej objętości zajmowanej przez atom rozmieszczone jest Z elektronów. Prawie cała masa atomu skupiona jest w jądrze.

W 1913 r. Bohr, współpracując w Anglii z Ruthrerfordem, opublikował trzy prace na temat budowy atomu, które zdecydowanie wpłynęły na dalszy rozwój fizyki. Po stosunkowo krótkim okresie wytężonej pracy, Bohr wyjaśnił, dlaczego atom wodoru wysyła promienie świetlne, i opracował teorię wyjątkowo dobrze odpowiadającą faktom doświadczalnym (model atomu Bohra). Teoria ta stała się punktem wyjścia współczesnej fizyki atomowej. Za opracowanie tej teorii w 1922 roku przyznano Bohrowi Nagrodę Nobla. Bohrowi zawdzięczamy także model kroplowy jądra atomu, którym łatwo tłumaczy się jego rozpad.

Bohr przedstawił model budowy atomu o planetarnej strukturze, w którym ujemnie naładowane elektrony obiegają po kołowych orbitach dodatnio naładowane jądro. Wbrew elektrodynamice klasycznej poruszające się po kołowych orbitach elektrony nie emitują promieniowania elektromagnetycznego. Bohr założył, że promieniowanie następuje wtedy, gdy elektron zmienia swoją orbitę, to znaczy emisja fotonu (w szczególnym przypadku kwantu światła) towarzyszy "przeskokowi" elektronu z jednej orbity na drugą. Przeskoki nie odbywają się na dowolne orbity, lecz na określone przez prawa kwantowe tzw. reguły wyboru. Cząstkami a nazywamy cząstki emitowane przez niektóre substancje podczas rozpadu promieniotwórczego. Cząstki a mają prędkości rzędu 107 m/s. W momencie gdy Rutherford przystępował do swoich doświadczeń, wiadomo było, że cząstka a ma ładunek dodatni równy podwojonemu ładunkowi elementarnemu i że tracąc ten ładunek (poprzez przyłączenie dwu elektronów) cząstka a przekształca się w atom helu.