Atommodellek
Abdreai Démokritosz (Kr. e. 460-370) Az atomok létezésének gondolata Elméleti alapon nem voltak közvetlen megfigyelések
Atomelmélet az ókorban Démokritosz : a testek parányi, tovább már nem osztható részecskékből épülnek fel. Ezek az oszthatatlan részecskék az atomok. A különböző anyagok atomjai egymástól alakban különböznek. Így az édes anyagok atomjai gömbölyűek, a csípőseké hegyesek.
John Dalton angol kémikus (1766-1844)
A modern atomelmélet Dalton érdeme az, hogy a kísérleti eredményeket az atomok létezésével magyarázta és bizonyította. Szerinte az anyagokat olyan atomok építik fel, melyek oszthatatlan, kicsiny gömbök. Többszörös súlyviszonyok törvénye Atomok legkisebb egységei
Joseph John Thomson (1856-1940) angol Nobel-díjas fizikus, az elektron felfedezője.
Az atomok tömege Az atomok elemi részecskékből állnak. M moláris tömeg NA Avogadro-állandó Az elemi hidrogén moláris tömege a legkisebb 1g/mol. A hidrogénatom tömegértékét atomi tömeg-egységnek tekintjük. A tudományos gyakorlatban a 12C izotóp tömegének 1/12 része
Az atomi mikrovilág lineáris méretei 10-10m Atomok mérete Az atomi mikrovilág lineáris méretei 10-10m 10-10m = 1 Å (Ångström svéd fizikus) Tömegek 10-27 kg nagyságrendűek
Thomson-féle atommodell A fizikusok az atomok belső szerkezetére és törvényszerűségeinek feltárására atommodelleket alkottak. 1897-ben Joseph John Thomson a katódsugarakkal végzett kísérleteket az elektron minden anyagnak része Az atom semleges, ezért pozitív töltést is kell tartalmaznia. .
Az atom szerinte egy folytonos eloszlású pozitív részecske, amelynek belsejében negatív töltésű, pontszerű elektronok vannak. Eszerint az elektronok az atom középpontjára nézve szimmetrikusan helyezkednek el. Ha az atom sok elektront tartalmaz, akkor koncentrikus gyűrűket jelent. Ez már magában rejti az elektronok héjszerkezetét. az atomok spektrumvonalait.
Ha az atom egyensúlyát egy külső erő megzavarja, akkor az elektronok rezegni kezdenek és fényt bocsátanak ki. A modellt később mazsolás pudingnak nevezték el. Segítségével azonban nem lehetett megmagyarázni az atomok spektrumvonalait.
Ernest Rutherford (1871-1937) Nobel-díjas fizikus
A bolygó-modell Thomson atommodelljét (tanítványa) Ernest Rutherford cáfolta meg 1911-ben. Rutherford és munkatársai ún. szóráskísérleteikben igen vékony aranyfóliát bombáztak -részecskékkel (hélium atommagok). Az aranyfóliát fényérzékeny lemezzel vették körül, amely érzékelte azt, hogy hova csapódnak az -részecskék.
Az -részecskék legnagyobb része zavartalanul áthatolt a fólián, néhány irányt változtatott és igen kis részük pattant vissza. Mindez csak úgy lehetséges, hogy az atomok tömegének nagy része egy igen kicsiny központi magban (atommag) összpontosul. A Rutferford által felállított ún. bolygómodell szerint az atomban a nagy tömegű, de kis méretű mag körül az elektronok úgy keringenek, mint a bolygók a Nap körül.
A gravitációs erő helyett a töltések közti elektromos vonzóerő az, ami az atomot összetartja. Ez a modell elektrodinamikai okokból nem lehet stabil. A keringő elektronok állandóan sugározva és energiát veszítve a magba zuhannának.
Rutherford-kísérlet elvi elrendezése
Niels Henrik David Bohr (1885-1962) Nobel-díjas dán fizikus
A Bohr féle modell A bolygómodell nem helyes, mert a keringő elektron energiát veszít, melynek következtében a másodperc töredéke alatt belezuhanna a magba és ilyen atom nem létezhetne. (1913 Niels Bohr ) az elektronok csak bizonyos pályákon keringhetnek (elektronhéjak), de azokon energiaveszteség nélkül.
Sommerfeld 1920-ban a Bohr-modellt módosította azzal, hogy az elektronok nemcsak kör, hanem ellipszis alakú pályán is mozoghatnak (Bohr-Sommerfeld féle atommodell). Az ellipszispálya mindkét tengelye csak meghatározott értéket vehet fel (újabb kvantumszám az ún. mellékkvantumszám, jele: l) Bohr modell további kiegészítései: m mágneses kvantumszám s spinkvantumszám
Megjegyzés: A négy kvantumszám (n, l, m, s) egyértelműen meghatározza az atomon belül az elektronok ún. kvantumállapotát.
Bohr atommodell Az atom elektronjai csak meghatározott pályákon keringhetnek a mag körül. Ezeken a pályákon - ellentétben a klasszikus elektrodinamika törvényeivel - az elektron nem sugároz. Az atom csak akkor sugároz, ha az elektron az egyik pályáról a másikra ugrik. Energiáját egy foton formájában bocsátja ki. Frekvenciája: h∙f = Em - En egyenlet határozza meg.
Em ; En az egyes pályákhoz tartozó energiák Em ; En az egyes pályákhoz tartozó energiák. Fordítva: az atom csak olyan foton befogására képes, amelynek energiája éppen egyenlő két pályaenergia különbségével.