Υποατομικά σωματίδια

Μεταξύ 1803 και 1808, ο John Dalton πρότεινε μια ατομική θεωρία. Σύμφωνα με αυτή τη θεωρία, ένα άτομο είναι το μικρότερο αδιαίρετο σωματίδιο και δεν μπορεί να διαιρεθεί περαιτέρω. Εξήγησε σχεδόν όλα όσα σχετίζονται με τα άτομα εκτός από τη χημική τους δραστηριότητα. Δεν θα μπορούσε να συμπεράνει τίποτα και για τις ατομικές μάζες.

Τέλος, οι επιστήμονες J.J. Οι Thomson και Ernest Rutherford πρότειναν την αποδεκτή εικόνα των ατόμων. Μετά το πείραμά τους, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι ένα άτομο δεν είναι το μικρότερο αδιαίρετο σωματίδιο. Τα άτομα μπορούν να χωριστούν σε υποατομικά σωματίδια:ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια.

Ηλεκτρόνιο

Η μελέτη των ηλεκτρονίων ξεκινά με τη μελέτη των σωλήνων εκκένωσης καθοδικών ακτίνων. Ένας σωλήνας εκκένωσης καθοδικών ακτίνων είναι ένας λεπτός γυάλινος σωλήνας με δύο μεταλλικές πλάκες και στα δύο άκρα, που ονομάζονται ηλεκτρόδια. Σε υψηλή τάση και χαμηλή πίεση, το ρεύμα ρέει μέσω των σωματιδίων από την κάθοδο στην άνοδο.

Τα αποτελέσματα που παρατηρήθηκαν από αυτό το πείραμα είναι,

• Η κίνηση των ακτίνων γίνεται από την κάθοδο στην άνοδο.
• Πρόκειται για αόρατες ακτίνες, αλλά η παρουσία τους παρατηρείται μέσω φαινομένων φθορισμού ή φωσφορισμού, καθώς οι γυάλινοι σωλήνες λάμπουν όταν χτυπηθούν από καθοδικές ακτίνες.
• Στην περίπτωση μηδενικών εξωτερικών πεδίων, αυτή η ακτίνα ταξιδεύει σε ευθεία διαδρομή.
• Παρουσία εξωτερικών πεδίων, οι καθοδικές ακτίνες παρουσιάζουν παρόμοια συμπεριφορά με τα αρνητικά φορτισμένα σωματίδια. Έτσι αυτά τα σωματίδια στις καθοδικές ακτίνες ονομάζονται ηλεκτρόνια.

Περαιτέρω, με αυτό το πείραμα καθοδικού σωλήνα, ο J.J. Ο Thomson αξιολόγησε την αναλογία e/m, όπου το e αντιπροσωπεύει το ηλεκτρικό φορτίο και το m τη μάζα των ηλεκτρονίων παρουσία εξωτερικών πεδίων.

Μετά από προσεκτική μελέτη της εκτροπής των καθοδικών ακτίνων, ο λόγος e/m που προέκυψε ήταν 1,75*1011 C kg-1.

Γενικά χαρακτηριστικά ενός ηλεκτρονίου

• J.J. Ο Thomson ανακάλυψε ηλεκτρόνια μέσω του πειράματος των καθοδικών ακτίνων και της περαιτέρω αξιολόγησης του λόγου e/m.
• Τα ηλεκτρόνια έχουν αρνητικό φορτίο.

• Τα ηλεκτρόνια φέρουν φορτίο -1,60 *10 -19 coulomb.
• Η μάζα των ηλεκτρονίων σε σχέση με το Υδρογόνο είναι 0,000549 μονάδες ατομικής μάζας.
• Το ηλεκτρόνιο έχει τη μεγαλύτερη μάζα 9,1 * 10 -28 g.

• Σύμφωνα με τη θεωρία του Bohr, τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε μια κυκλική τροχιά μέσα στο άτομο.

Πρωτόνιο

Ο τροποποιημένος σωλήνας καθοδικών ακτίνων είχε ως αποτέλεσμα την ανακάλυψη θετικά φορτισμένων σωματιδίων, δηλαδή ακτίνες καναλιού. Η αναλογία e/m εξαρτάται από το αέριο που υπάρχει στον καθοδικό σωλήνα. Οι ακτίνες του καναλιού παρουσιάζουν την αντίθετη συμπεριφορά σε σύγκριση με τις καθοδικές ακτίνες.

Γενικά χαρακτηριστικά ενός πρωτονίου

• Ο Έρνεστ Ράδερφορντ πρότεινε τη λέξη πρωτόνιο για τον πυρήνα του υδρογόνου.
• Τα πρωτόνια με νετρόνια σχηματίζουν τους πυρήνες μέσα σε ένα άτομο.
• Τα πρωτόνια έχουν θετικό φορτίο.

• Το Proton φέρει φορτίο +1,60 * 10 -19 coulomb.
• Σε 1,672 * 10 -24 g, η μάζα ενός πρωτονίου είναι μικρότερη από τη μάζα του ηλεκτρονίου,
• Τα πρωτόνια λαμβάνονται από πυρηνικές αντιδράσεις. Γι' αυτό τα πρωτόνια θεωρούνται η βάση των ατόμων.

Νετρόνιο

Ο Chadwick ανακάλυψε το νετρόνιο 20 χρόνια μετά την ανάπτυξη της δομής των ατόμων.

• Τα νετρόνια είναι ουδέτερα σωματίδια χωρίς φορτίο.
• Τα νετρόνια, μαζί με τα πρωτόνια αποτελούν το κύριο συστατικό του πυρήνα.

• Το νετρόνιο έχει τη χαμηλότερη μάζα 1,65*10 -24 g.
• Η μάζα του νετρονίου είναι σχεδόν ίδια με τη μάζα του πρωτονίου με μηδενικό φορτίο.

Θεωρία του Μπορ

Μετά την ανάπτυξη των υποατομικών σωματιδίων, το θέμα της διάταξής τους ήταν προς συζήτηση. Η θεωρία του Bohr τελικά το έλυσε αυτό.

Σύμφωνα με τη θεωρία, ο πυρήνας βρίσκεται στο κέντρο του ατόμου. Αποτελείται από νετρόνια και πρωτόνια. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα σε μια κυκλική τροχιά. Κάθε τροχιά μπορεί να έχει το πολύ οκτώ ηλεκτρόνια.

Κάθε τροχιά σχετίζεται με μια συγκεκριμένη ποσότητα ενέργειας. Η τροχιά αντιπροσωπεύεται από k, l, m, n κ.λπ.

Κβαντικός αριθμός

Υπάρχουν τρεις μεταβλητές για να εκφράσουν τη δράση ενός ηλεκτρονίου. Αυτές οι μεταβλητές είναι n, l, m ή κβαντικοί αριθμοί.

Οι κβαντικοί αριθμοί βοηθούν στην πρόβλεψη του σχήματος, του μεγέθους και του προσανατολισμού όπου υπάρχουν ηλεκτρόνια με μέγιστη πιθανότητα. Βοηθούν επίσης στον εντοπισμό των ενεργειακών επιπέδων κάθε τροχιακού.

Οι κβαντικοί αριθμοί σπιν αναφέρονται στο σπιν ενός ηλεκτρονίου ως προς τον άξονά του.

Υπάρχουν τέσσερις κβαντικοί αριθμοί για να εκφράσουν τη συμπεριφορά ενός ηλεκτρονίου.

n- Κύριος κβαντικός αριθμός

l- Αζιμουθιακός Κβαντικός Αριθμός

m- Μαγνητικός κβαντικός αριθμός

s- Spin Quantum Number

Συμπέρασμα

Σύμφωνα με την ατομική θεωρία του Dalton, ένα άτομο είναι το μικρότερο σωματίδιο που δεν μπορεί να διαιρεθεί περαιτέρω. Αλλά μετά από μακρές προσπάθειες των επιστημόνων, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι τα άτομα μπορούν να χωριστούν σε υποατομικά σωματίδια - ηλεκτρόνια, πρωτόνια και νετρόνια.

Τα πρωτόνια έχουν θετικό φορτίο και τα ηλεκτρόνια είναι αρνητικά. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια μαζί σχηματίζουν τους πυρήνες.

Οι κβαντικοί αριθμοί βοηθούν στην πρόβλεψη του σχήματος, του μεγέθους και του προσανατολισμού όπου υπάρχουν ηλεκτρόνια με μέγιστη πιθανότητα. Βοηθούν επίσης στον εντοπισμό των ενεργειακών επιπέδων κάθε τροχιακού.