פתיחת התפריט הראשי

שינויים

הוסרו 37,570 בתים ,  לפני 10 שנים
הסרת כל התוכן מדף זה
ב[[כימיה]] וב[[פיזיקה]], '''התורה האטומית''' היא [[תאוריה]] העוסקת בטיבו של ה[[חומר]], וקובעת כי החומר עשוי מיחידות נפרדות "סופיות" הקרויות [[אטום|אטומים]], בניגוד לדעה עתיקה יותר, שלפיה ניתן לחלק את החומר ליחידות הולכות וקטנות, עד אינסוף. התורה האטומית החלה כרעיון [[פילוסופיה|פילוסופי]] ב[[יוון העתיקה]] וב[[הודו]], ונכנסה לזרם המרכזי במדע בראשית [[המאה ה-19]], כאשר תגליות בתחום הכימיה הראו כי החומר אכן מתנהג כעשוי מחלקיקים.
 
השם "אטום" (מהמילה היוונית "אטומוס", "בלתי ניתן לחלוקה") ניתן לחלקיק הבסיסי שמרכיב את ה[[יסוד כימי|יסודות]], מאחר שהכימאים האמינו באותה תקופה כי לא ניתן לחלקו יותר. ובכל זאת, בתחילת [[המאה ה-20]], באמצעות ניסויים שונים בתחום ה[[אלקטרומגנטיות]] וה[[רדיואקטיביות]], גילו [[פיזיקאי]]ם כי "האטום הבלתי ניתן לחלוקה" הוא גוש של [[חלקיק תת-אטומי|חלקיקים תת-אטומים]] ([[אלקטרון|אלקטרונים]], [[פרוטון|פרוטונים]] ו[[נייטרון|נייטרונים]]) אשר עשויים להתקיים גם בנפרד. זאת ועוד, בתנאים קיצוניים כגון בתוך [[כוכב נייטרונים]], [[טמפרטורה|טמפרטורות]] גבוהות במיוחד ו[[לחץ]] קיצוני מונעים מהאטומים להתקיים מלכתחילה, וקיימים רק החלקיקים התת-אטומיים. התחום במדע אשר חוקר את החלקיקים התת-אטומים הוא [[פיזיקת החלקיקים]], והפיזיקאים העוסקים בו מקווים לגלות את טיבו היסודי האמיתי של החומר.
 
== אטומיזם פילוסופי ==
הרעיון שלפיו החומר מורכב מיחידות בדידות ולא ניתן לחלקו ליחידות קטנות יותר היה קיים במשך אלפי שנים, אך רעיונות אלה התבססו על טיעונים פילוסופיים מופשטים ולא על [[ניסוי|ניסויים מדעיים]]. טיבם של האטומים בפילוסופיה היה שונה בצורה ניכרת בתקופות שונות ואצל תרבויות ואסכולות שונות, ולעתים נכללו בו אף אלמנטים רוחניים. הרעיון הבסיסי של האטום אומץ על ידי מדענים אלפי שנים מאוחר יותר, מאחר שהסביר באופן אלגנטי תגליות חדשות בתחום הכימיה.
 
=== הודו ===
חלק מהתאוריות המוקדמות ביותר הידועות פותחו ב[[היסטוריה של הודו|הודו העתיקה]] במאה ה-6 לפני הספירה על ידי [[קאנדה (פילוסוף)|קאנדה]], פילוסוף [[הינדואיזם|הינדי]].<ref name="lost">{{cite book | title = Lost Discoveries: The Ancient Roots of Modern Science | author = Teresi, Dick | publisher = Simon & Schuster | date = 2003 | isbn = 074324379X | url = http://books.google.com/books?id=pheL_ubbXD0C&dq | pages = 213–214}}</ref> בפילוסופיה ההינדית, אסכולות ה[[ניאיה]] וה[[וייששיקה]] פיתחו תאוריות נרחבות שעסקו בדרכים שבהן התגבשו אטומים לכדי עצמים מורכבים יותר (ראשית בזוגות, ואז בשלשות של זוגות),<ref name="lost">{{cite book | title = Lost Discoveries: The Ancient Roots of Modern Science | author = Teresi, Dick | publisher = Simon & Schuster | date = 2003 | isbn = 074324379X | url = http://books.google.com/books?id=pheL_ubbXD0C&dq | pages = 213–214}}</ref> אך האמינו כי האינטראקציות נקבעו בסופו של דבר על ידי רצונו של האל ([[אישורה]] ההינדי), ושהאטומים עצמם היו בלתי פעילים, ללא תכונות פיזיקליות משל עצמם. מנגד, הפילוסופיה של ה[[ג'ייניזם]] קישרה בין התנהגות החומר לטבעם של האטומים עצמם. בפילוסופיה זו, לכל אטום היה סוג אחד של טעם, ריח וצבע ושני סוגים של מגע, אם כי לא ברור כיום למה הייתה הכוונה ב"סוג של מגע". אטומים עשויים להתקיים באחד משני מצבים: קטן, בו הם יכולים להיכנס לחללים קטנים ככל הנדרש, וגדול, בו הם מוארכים ותופסים נפח סופי בחלל. אמנם אטומים עשויים מאותו חומר יסודי, אך הם עשויים להשתלב בהתאם לתכונותיהם הבסיסיות וליצור שישה סוגים של "גושים", אשר נראה כי הם תואמים את המושג היווני של "יסודות": אדמה, מים, צל, "עצמי חושים", "חומר קארמי" ו"חומר שאינו כשר".<ref name="Gangopadhyaya">Gangopadhyaya, Mrinalkanti. ''Indian Atomism: History and Sources''. Atlantic Highlands, New Jersey: Humanities Press, 1981. ISBN 0-391-02177-X</ref>
 
=== יוון ===
{{הפניה לערך מורחב|האסכולה האטומיסטית}}
במאה ה-5 לפני הספירה פיתח [[דמוקריטוס]] את מושג האטומים על מנת לפשר בין שתי אסכולות שונות שעסקו בטיבה של המציאות. מצד אחד היה [[הרקליטוס]], אשר האמין כי השינוי הוא טבעו של הקיום. מצד שני היה [[פרמנידס]], אשר האמין כי השינוי הוא רק אשליה.
 
פרמנידס שלל את קיומם של תנועה, שינוי וריק. הוא האמין כי המציאות כולה היא מסה יחידה ובלתי משתנה - מושג הידוע כ[[מוניזם]], וכי שינוי ותנועה הם אשליות בלבד. מסקנה זו, וכן הטיעונים שהביאו אליה, עשויים להיראות מוזרים כאשר מתבוננים בהם באמצעות השיטה האמפירית המודרנית, אך פרמנידס דחה מפורשות את התפיסה החושית כדרך להבנת היקום, והשתמש במקום זאת בטיעונים מופשטים טהורים. ראשית, הוא האמין כי אין חלל ריק במציאות, והמושג שקול לאי-קיום: "אם הריק קיים, אזי הוא אינו שום דבר; ולכן הוא אינו ריק". מכאן הוא הסיק כי תנועה היא בלתי אפשרית, מאחר שאין ריק שאפשר לנוע לתוכו.<ref name="History of Western Philosophy">Bertrand Russel. (1946). ''History of Western Philosophy''. pg 75. ISBN 0-415-32505-6</ref> הוא כתב גם כי "קיום" חייב להיות שלמות בלתי ניתנת לחלוקה, כי אם הוא היה ניתן לחלוקה, אזי היה קיים ריק שיכול היה לחלק אותו לחלקים קטנים יותר - והרי הריק אינו קיים. לבסוף, הוא קבע כי השלמות חובקת-הכל אינה יכולה להשתנות, מאחר שהיא כבר כוללת בתוכה את כל מה שקיים ושעשוי להתקיים.
 
דמוקריטוס קיבל את רוב טיעוניו של פרמנידס, פרט לרעיון שלפיו השינוי הוא [[אשליה]]. הוא האמין כי השינוי הוא אמיתי, וגם אם אין בו אמת, עדיין יש להסביר את מהות האשליה. לכן הוא תמך במושג של חלל ריק, וקבע כי היקום עשוי מישויות "פרמנידיות" בלתי ניתנות לחלוקה אשר נעות בריק. ישויות אלה, אשר "קיימות", הן אם כך בלתי ניתנות לשינוי ולחלוקה ("אטומוס", המילה היוונית ל"בלתי ניתן לחיתוך"), אך הסידור שלהן בחלל משתנה כל הזמן. כל האטומים של דמוקריטוס היו עשויים מאותו חומר, אך היו בעלי מגוון בלתי-מוגבל של צורות וגדלים; תכונה זו, ביחד עם האפשרויות השונות לסידורם בחלל, הסבירה את כל החומרים והעצמים השונים ביקום.<ref name="From Atomos to Atom">Andre G. van Melsen. (1952) ''From Atomos to Atom''. ISBN 0-486-49584-1</ref>
 
=== אסלאם ===
במהלך המאה ה-11 ([[תור הזהב של האסלאם]]), אטומיסטים [[אסלאם|אסלאמים]] פיתחו תאוריות אטומיות אשר היוו מיזוג של ה[[אטומיזם]] היווני וההודי. הרעיונות העתיקים של היוונים וההודים פותחו ונוספו עליהם רעיונות אסלאמיים חדשים, כגון האפשרות לקיומם של חלקיקים קטנים מן האטום. האסכולה המצליחה ביותר של האטומיזם האסלאמי הייתה האסכולה הפילוסופית של אשרית, אשר באה לידי ביטוי במיוחד בעבודתו של הפילוסוף אל-גזלי (1058 - 1111). באטומיזם אשריתי, האטומים הם העצמים הגשמיים הנצחיים היחידים שבנמצא, וכל שאר תכולתו של העולם היא "מקרית", או ארעית. דבר מקרי אינו יכול להיות הסיבה לשום דבר אחר, פרט לתחושות, מאחר שהוא קיים לרגע קצר בלבד. מקרים בלתי צפויים אינם נגרמים מסיבות פיזיות טבעיות, אלא הם תוצאה ישירה של התערבותו הבלתי-פוסקת של [[אלוהים]], בלעדיה שום דבר אינו יכול להתקיים. מכאן, הטבע תלוי באלוהים באופן מוחלט, רעיון אשר משתלב עם רעיונות אשריתיים אסלאמיים אחרים העוסקים בסיבתיות או בהיעדר סיבתיות.<ref name="Gardet">Gardet, L. “djuz’” in Encyclopaedia of Islam CD-ROM Edition, v. 1.1. Leiden: Brill, 2001.</ref>
 
== התאוריה האטומית המודרנית ==
=== הולדתה ===
[[תמונה:A New System of Chemical Philosophy fp.jpg||שמאל|ממוזער|אטומים ומולקולות שונות, כפי שאוירו בספרו של [[ג'ון דלטון]], "שיטה חדשה של פילוסופיה כימית" ([[1808]]).]]
בראשית [[המאה ה-19]] פיתח [[ג'ון דלטון]] את התאוריה האטומית שלו, שבה טען כי כל יסוד כימי מורכב מאטומים מסוג אחד ויחיד, אשר אינם ניתנים לשינוי או להשמדה, אך עשויים להתאחד על מנת ליצור מבנים מורכבים יותר - [[תרכובת|תרכובות]]. לא ברור כיצד בדיוק הגיע דלטון לתאוריה שלו, אך בכל מקרה, היא אפשרה לו להסביר מגוון של תגליות חדשות בכימיה שנעשו בידיו ובידי עמיתיו.
 
התגלית הראשונה הייתה [[חוק שימור החומר]], אשר ניסח [[אנטואן לבואזיה]] ב-[[1789]], וקובע כי סך המסה בתגובה כימית נשאר קבוע, כלומר למגיבים אותה מסה כוללת כמו לתוצרים.<ref name="Lavoisier">Weisstein, Eric W. "[http://scienceworld.wolfram.com/biography/Lavoisier.html Lavoisier, Antoine (1743-1794)]." ''scienceworld.wolfram.com.''</ref> דלטון הסיק מחוק זה כי החומר אינו ניתן להשמדה.
 
התגלית השנייה הייתה [[חוק היחסים הקבועים]]. את החוק ניסח הכימאי הצרפתי [[ז'וזף לואי פרוסט]] ב-[[1799]].<ref name="proust">Proust, Joseph Louis. "[http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/proust.html Researches on Copper]", excerpted from ''Ann. chim.'' 32, 26-54 (1799) [as translated and reproduced in Henry M. Leicester and Herbert S. Klickstein, A Source Book in Chemistry, 1400-1900 (Cambridge, MA: Harvard, 1952)].</ref> לפי חוק זה, אם תרכובת מתפרקת למרכיביה היסודיים, אזי המסות של המרכיבים יהיו תמיד באותו יחס, ללא קשר לכמות או למקור של התרכובת המקורית. כך לדוגמה, אם מפרקים [[מים]] למרכיביהם, [[חמצן]] ו[[מימן]], מסת החמצן הנוצר היא תמיד פי שמונה ממסת המימן הנוצר, מכיוון ש[[מולקולה|מולקולת]] המים מכילה אטום חמצן שמסתו 16 יחידות אטומיות, ושני אטומי מימן שמסתם 1. פרוסט יצר [[נחושת|נחושת פחמתית]] במספר רב של דרכים, ומצא שבכל פעם המרכיבים היו באותה כמות יחסית כפי שהיו כאשר הוא פירק נחושת פחמתית טבעית.
 
דלטון למד את עבודתו של פרוסט והרחיב אותה באמצעות פיתוח [[חוק היחסים הכפולים]]: אם שני יסודות עשויים ליצור יותר מתרכובת אחת, אזי היחסים בין המסות של היסוד השני, כאשר הן משתלבות עם מסה קבועה של היסוד הראשון, יהיו יחסים של [[מספר שלם|מספרים שלמים]] קטנים. זוג אחד של תגובות אשר חקר דלטון היו צירופים של "אוויר חנקני", אשר ידוע כיום כ[[תחמוצת החנקן]] (NO), עם [[חמצן]] (O<sub>2</sub>). תחת תנאים מסוימים, גזים אלו הרכיבו תוצר שהיה בלתי ידוע בזמנו, אשר כיום ידוע כי היה [[דו-תחמוצת החנקן]] (NO<sub>2</sub>) - ביחס צירוף מסוים:
 
2NO + O<sub>2</sub> → 2NO<sub>2</sub>
 
אך כאשר חזר על התגובה הכימית תחת תנאים אחרים, כמות כפולה בדיוק של תחמוצת החנקן (יחס של 1:2) הגיבה בשלמות עם החמצן ליצירת תוצר שונה - הידוע כיום כ[[דו חנקן תלת חמצני]] (N<sub>2</sub>O<sub>3</sub>):
 
4NO + O<sub>2</sub> → 2N<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
 
דלטון האמין גם כי התורה האטומית תוכל להסביר מדוע המים סופגים [[גז]]ים שונים ביחסים שונים; לדוגמה, הוא מצא כי מים סופגים [[פחמן דו-חמצני]] הרבה יותר טוב משהם סופגים [[חנקן]]. דלטון טען כי ההבדל נעוץ בהבדלי המסות והמורכבות של החלקיקים שמרכיבים את הגזים. ואכן, מולקולות פחמן דו-חמצני (CO<sub>2</sub>) הן כבדות וגדולות יותר ממולקולות חנקן (N<sub>2</sub>).
 
ב-[[1803]] הציג דלטון בעל-פה את הרשימה הראשונה שלו של [[משקל אטומי|משקלים אטומיים]] של מספר חומרים. המאמר פורסם ב-[[1805]], אך דלטון לא ציין בו כיצד הגיע לערכים אלו.<ref name = "Dalton_1803_paper">Dalton, John. "[http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/dalton52.html On the Absorption of Gases by Water and Other Liquids]", in ''Memoirs of the Literary and Philosophical Society of Manchester''. 1803.</ref> את השיטה חשף לראשונה ב-[[1807]] ידידו [[תומאס תומסון]], במהדורה השלישית של ספר הלימוד של תומסון, "מערכת הכימיה". בסופו של דבר פרסם דלטון הסבר מלא בספר הלימוד שלו, "שיטה חדשה של פילוסופיה כימית", בשנים [[1808]] ו-[[1810]].
 
דלטון העריך את המשקלים האטומיים באמצעות יחסי המסות שבהם הם התרכבו, כאשר המימן היווה את היחידה הבסיסית. למרות זאת, דלטון לא הבין כי ביסודות מסוימים, האטומים קיימים בצורה טבעית כמולקולות - לדוגמה, חמצן טהור קיים בטבע כ-O<sub>2</sub>. הוא גם האמין, בצורה שגויה, כי התרכובת הפשוטה ביותר של שני יסודות תמיד מכילה אטום אחד מכל סוג (כלומר, מים הם HO ולא H<sub>2</sub>O).<ref>Johnson, Chris. "[http://www.bulldog.u-net.com/avogadro/avoga.html Avogadro - his contribution to chemistry]."</ref> טעויות אלה, נוסף על דיוק מוגבל של הציוד שבו הוא השתמש, גרמו לשגיאות רבות בטבלה. לדוגמה, הוא האמין כי אטומי חמצן היו כבדים פי 5.5 מאטומי מימן, מאחר שבמים הוא מדד 5.5 גרם של חמצן לכל גרם אחד של מימן. אך לאמיתו של דבר, אטום חמצן כבד פי 16 מאטום מימן.
 
את הפגמים בתאוריה של דלטון תיקן [[אמדאו אבוגדרו]] ב-[[1811]]. אבוגדרו טען כי נפחים שווים של כל שני גזים, בטמפרטורה ולחץ שווים, מכילים מספר שווה של מולקולות - במלים אחרות, המסה של חלקיקי הגז אינה משפיעה על נפחו.<ref name="avogadro">Avogadro, Amedeo. "[http://web.lemoyne.edu/~giunta/avogadro.html Essay on a Manner of Determining the Relative Masses of the Elementary Molecules of Bodies, and the Proportions in Which They Enter into These Compounds]." 1811. ''Journal de Physique'', 73, 58-76.</ref> [[חוק אבוגדרו]] איפשר לו להסיק את טבעם הדו-אטומי של גזים רבים על ידי מדידת הנפחים שבהם הם יצרו תגובות. לדוגמה, מאחר ששני [[ליטר]]ים של מימן מגיבים עם ליטר אחד בלבד של חמצן ליצירת שני ליטר של אדי מים (בלחץ וטמפרטורה קבועים), הרי שמולקולת חמצן יחידה מתפרקת לשני חלקים ליצירת שני חלקיקי מים. לכן הצליח אבוגדרו לתת הערכות מדויקות יותר למשקל האטומי של חמצן ויסודות רבים אחרים, ולבסס את ההבחנה בין מולקולות ואטומים.
 
ב-[[1827]] הבחין ה[[בוטנאי]] [[רוברט בראון (בוטנאי)|רוברט בראון]] כי חלקיקי [[אבקה (בוטניקה)|אבקה]] אשר צפו במים התנועעו בקביעות ללא סיבה נראית לעין. ב-[[1905]] שיער [[אלברט איינשטיין]] כי ה[[תנועה בראונית|תנועה הבראונית]] הזו נגרמת על ידי מולקולות מים אשר פוגעות ללא הרף בחלקיקי האבקה, ופיתח מודל מתמטי משוער שתיאר אותה.<ref name="einstein">Einstein, Albert. "[http://lorentz.phl.jhu.edu/AnnusMirabilis/AeReserveArticles/eins_brownian.pdf On the Movement of Small Particles Suspended in Stationary Liquids Required by the Molecular-Kinetic Theory of Heat]." ''Annal der Physik''.</ref> המודל אושר בניסוי ב-[[1908]] על ידי הפיזיקאי הצרפתי [[ז'אן בפטיסט פרין]], וסיפק אישור נוסף לתאוריה החלקיקית (ומכאן, לתאוריה האטומית).
 
=== גילוי החלקיקים התת-אטומיים ===
[[תמונה:JJ Thomson exp2.jpg|שמאל|300px|ממוזער|[[שפופרת קרוקס]] של [[ג' ג' תומסון|תומסון]], שבאמצעותה הוא גילה את ההסטה של [[קרן קתודית|קרניים קתודיות]] בעקבות [[שדה חשמלי]]. הקווים הסגולים מייצגים את זרם האלקטרונים המוטה.]]
האטומים נחשבו לחלקיקים הקטנים ביותר של החומר, עד שב-[[1897]] גילה [[ג' ג' תומסון]] את ה[[אלקטרון]] באמצעות עבודתו עם [[קרן קתודית|קרניים קתודיות]].<ref name="thomson">Thomson, J.J. "[http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/thomson1897.html Cathode rays]." ''Philosophical Magazine,'' 44, 293 (1897). [facsimile from Stephen Wright, Classical Scientific Papers, Physics (Mills and Boon, 1964).]</ref> [[שפופרת קרוקס]] היא מכל זכוכית אטום ובו שתי [[אלקטרודה|אלקטרודות]] מופרדות באמצעות [[ריק]]. כאשר יוצרים [[מתח חשמלי]] באלקטרודות, נוצרות קרניים קתודיות, אשר גורמות לשטח קטן לזהור במקום שבו הן פוגעות בזכוכית, בצדו השני של המכל. באמצעות ניסויים, גילה תומסון כי הקרניים עשויות להיות מוסטות באמצעות [[שדה חשמלי]] (בנוסף להטיה באמצעות [[שדה מגנטי]], אשר הייתה כבר ידועה). הוא הסיק כי קרניים אלו לא היו [[גל]]ים, אלא חלקיקים [[מטען חשמלי|טעונים שלילית]] שאותם כינה "גופיפים". מאוחר יותר קיבלו החלקיקים את שמם המוכר כיום, "אלקטרונים".
 
תומסון האמין כי הגופיפים נוצרו מהאטומים שבאלקטרודות. מכאן הוא הסיק, כי את האטומים ניתן לחלק, וכי הגופיפים היו אבני הבניין שלהם. על מנת להסביר את מטענו הנייטרלי של האטום בכללותו, הוא הניח כי הגופיפים פוזרו בים או ענן של מטען חשמלי; מודל זה ידוע כ[[מודל עוגת הצימוקים]].<ref name="thomson2">Thomson, J.J. "[http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Thomson-Structure-Atom.html On the Structure of the Atom: an Investigation of the Stability and Periods of Oscillation of a number of Corpuscles arranged at equal intervals around the Circumference of a Circle; with Application of the Results to the Theory of Atomic Structure]." ''Philosophical Magazine'' March 1904. Series 6, Vol 7, No 39.</ref>
 
מאחר שנתגלה כי האטומים דווקא כן ניתנים לחלוקה, בסתירה לשמם, המציאו הפיזיקאים מאוחר יותר את המונח [[חלקיק יסודי|חלקיקים יסודיים]], לתיאור חלקיקים שבאמת אינם ניתנים לחלוקה.
 
=== גילוי הגרעין ===
[[תמונה:Gold foil exp conclusions.jpg|שמאל|200px|ממוזער|'''ניסוי עלה הזהב'''{{ש}}
למעלה - התוצאות המשוערות: חלקיקי אלפא עוברים דרך אטום "עוגת צימוקים", הסטיות במסלול הן מזעריות.{{ש}}
למטה - התוצאות בפועל: חלק קטן של החלקיקים הוסטו מנתיבם בצורה ניכרת, דבר המצביע על קיומו של מטען חיובי המרוכז בשטח קטן.]]
 
[[מודל עוגת הצימוקים]] של תומסון הופרך ב-[[1909]] על ידי אחד מתלמידיו, [[ארנסט רתרפורד]], שגילה כי רוב המסה והמטען החיובי של האטום מרוכז בחלק קטן מאוד מנפחו, כנראה בדיוק במרכז.
 
ב[[ניסוי רתרפורד|ניסוי עלה הזהב]] שיגרו [[הנס גייגר]] ו[[ארנסט מרסדן]], עמיתים של רתרפורד אשר עבדו בהדרכתו, [[חלקיק אלפא|חלקיקי אלפא]] דרך יריעה דקה של [[זהב]] ולעבר [[קרינה פלואורסנטית|מסך פלואורסנט]] אשר הקיף את היריעה.<ref name="geiger">Geiger, H. "[http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Geiger-1910.html The Scattering of the α-Particles by Matter]." ''Proceedings of the Royal Society'' February 17, 1910. Series A 82: 495–500.</ref> עקב המסה הזעירה של האלקטרונים, ה[[תנע]] הגבוה של חלקיקי האלפא והפיזור האחיד של המטען החשמלי שנחזה לפי מודל עוגת הצימוקים, ציפו הנסיינים כי כל חלקיקי האלפא יעברו דרך האטומים ללא הסטה ניכרת, או ייבלעו בהם. לתדהמתם, חלק קטן מחלקיקי האלפא חוו הסטה משמעותית. תוצאה זו הביאה את רתרפורד להציע את [[המודל הפלנטרי]] של האטום, שבו אלקטרונים נקודתיים נעו במסלולים בחלל מסביב ל[[גרעין האטום]], כמו [[כוכב לכת|כוכבי הלכת]] (פלנטות) הנעים סביב [[השמש]].<ref name="rutherford">Rutherford, Ernest. "[http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Rutherford-1911/Rutherford-1911.html The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom]." ''Philosophical Magazine.'' May 1911. Series 6, Vol. 21.</ref>
 
=== גילוי האיזוטופים ===
ב-[[1913]], בעת ניסויים עם תוצרי [[רדיואקטיביות|התפרקויות גרעיניות]], הבחין ה[[רדיוכימיה|רדיוכימאי]] [[פרדריק סודי]] כי נראה שיש יותר מיסוד אחד בכל תא [[הטבלה המחזורית|בטבלה המחזורית]].<ref>{{cite web
| url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1921/soddy-bio.html
| title=Frederick Soddy, The Nobel Prize in Chemistry 1921
| publisher=Nobel Foundation
| accessdate=2008-01-18
}}</ref>
[[מרגרט טוד]] טבעה את המונח "[[איזוטופ]]" עבור יסודות אלו.
 
באותה שנה, [[ג' ג' תומסון]] ערך ניסוי שבו ניתב זרם של [[יון|יוני]] [[נאון]] דרך שדות מגנטים וחשמליים, אשר פגעו בלוח צילום בצד השני. תומסון הבחין בשני אזורים זוהרים על לוח הצילום, אשר הצביעו על שני מסלולי הסטה שונים. הוא הסיק מכך כי לחלק מיוני הנאון הייתה מסה שונה מלאחרים, ולכן הם נעו במסלול אחר.
<ref name="thompson3">Thomson, J.J. "[http://web.lemoyne.edu/~giunta/canal.html Rays of positive electricity]." ''Proceedings of the Royal Society.'' 1913. A 89, 1–20 [as excerpted in Henry A. Boorse & Lloyd Motz, ''The World of the Atom'', Vol. 1 (New York: Basic Books, 1966)].</ref>
טבעה של המסה המשתנה יוסבר לאחר מכן על ידי גילוי ה[[נייטרון|נייטרונים]] ב-[[1932]].
 
=== גילוי החלקיקים הגרעיניים ===
ב-[[1918]] הפציץ [[ארנסט רתרפורד]] גז [[חנקן]] ב[[חלקיק אלפא|חלקיקי אלפא]] והבחין כי גרעיני [[מימן]] נפלטו מן הגז. רתרפורד הסיק כי גרעיני המימן בקעו מגרעיני החנקן עצמם - כלומר, הוא ביקע את האטום.
<ref>Rutherford, Ernest. "[http://web.lemoyne.edu/~GIUNTA/rutherford.html Collisions of alpha Particles with Light Atoms. IV. An Anomalous Effect in Nitrogen.]" ''Philosophical Magazine.'' 1919. 6th series, 37, 581.</ref>
מאוחר יותר גילה רתרפורד כי המטען החיובי של כל אטום שווה תמיד לזה של מספר שלם של גרעיני מימן. גילוי זה, בנוסף לעובדה כי המימן היה היסוד הקל ביותר הידוע, וכי ה[[מסה אטומית|מסה האטומית]] של כל יסוד אחר הייתה כפולה שלמה בקירוב של המסה האטומית של המימן, הביאו אותו למסקנה כי גרעיני המימן הם חלקיקים ייחודיים והם המרכיבים היסודיים של כל הגרעינים האטומים: [[פרוטון|פרוטונים]]. ניסויים נוספים שערך רתרפורד מצאו כי מסת הגרעינים של רוב האטומים עולה על זו של הפרוטונים שבגרעין. הוא הניח כי המסה העודפת מורכבת מחלקיק שהיה בלתי ידוע עד אז, שהיה בעל מטען חשמלי נייטרלי; לחלקיקים אלה הוא קרא באופן זמני "[[נייטרון|נייטרונים]]".
 
ב-[[1928]] הבחין [[ואלתר בותה]] כי כאשר מפציצים [[בריליום]] בחלקיקי אלפא, הוא פולט קרינה נייטרלית מבחינה חשמלית, אשר חודרת דרך חומר בקלות. מאוחר יותר התגלה כי קרינה זו עשויה לשחרר אטומי מימן מתוך שעוות [[פרפין]]. בתחילה סברו כי זו [[קרינת גמא]], מאחר שלקרינה זו (המורכבת מ[[פוטון|פוטונים]] באנרגיה גבוהה) הייתה השפעה דומה על אלקטרונים במתכת, אך [[ג'יימס צ'דוויק]] מצא כי אפקט ה[[יינון]] היה חזק מכדי שייגרם על ידי קרינה אלקטרומגנטית. ב-[[1932]] הוא חשף יסודות שונים כגון מימן וחנקן ל"קרינת הבריליום" המסתורית, ובאמצעות מדידת האנרגיה של החלקיקים הטעונים הנרתעים מהחומר, הסיק כי הקרינה הורכבה מחלקיקים נייטרליים, בעלי מסה דומה לזו של הפרוטון - הנייטרונים.
<ref>Chadwick, James. (February 27, 1932), "[http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Chadwick-neutron-letter.html Possible Existence of a Neutron]." ''Nature.'' February 27, 1932. p. 312</ref>
על גילוי הנייטרונים קיבל צ'דוויק את [[פרס נובל]] בשנת [[1935]].
 
=== המודל הקוונטי של האטום ===
[[תמונה:Bohratommodel.svg|שמאל|ממוזער|[[מודל בוהר]] של האטום]]
[[תמונה:neon orbitals.JPG|שמאל|ממוזער|300px|חמשת ה[[אורביטל אטומי|אורביטלים האטומים]] של אטום נאון, מופרדים ומסודרים משמאל לימין בסדר אנרגיה עולה, כאשר שלושת האורביטלים הימנים הם [[ניוון (פיזיקה)|שווי אנרגיה]]. כל אורביטל מכיל עד שני אלקטרונים אשר קיימים רוב הזמן באזורים המיוצגים על ידי הבועות הצבעוניות. כל אלקטרון קיים במידה שווה בשני אזורי האורביטל, אשר מוצגים כאן בצבעים שונים רק על מנת להבהיר שלשניהם מופע גלי שונה.]]
[[המודל הפלנטרי]] של האטום סבל ממספר בעיות. ראשית, לפי [[נוסחת לרמור]] של [[תורת החשמל והמגנטיות הקלאסית]], [[מטען חשמלי|חלקיק טעון]] מואץ פולט [[גלי רדיו|גלים אלקטרומגנטיים]]; מכאן שחלקיק בעל מטען חשמלי, כגון האלקטרון, יאבד אנרגיה בקצב קבוע וינוע במסלולים קרובים יותר ויותר לגרעין, עד שיתנגש בו תוך שבריר שנייה. תופעה נוספת שהמודל הפלנטרי לא הצליח להסביר היא מדוע אטומים מעוררים פולטים קרינה ב[[ספקטרום פליטה|ספקטרום]] שאינו רציף - כלומר, רק באורכי גל מסוימים.
 
[[מכניקת הקוונטים|תורת הקוונטים]] גרמה למהפכה רבתי בפיזיקה בתחילת [[המאה ה-20]], כאשר [[מקס פלאנק]] ו[[אלברט איינשטיין]] העלו את ההשערה כי אנרגיית האור נפלטת או נקלטת במנות בדידות (קוונטים). ב-[[1913]] שילב [[נילס בוהר]] את הרעיון הזה ב[[מודל האטום של בוהר]], שבו האלקטרונים מקיפים את הגרעין אך ורק במסלולים מסוימים בעלי ערכים קבועים של [[תנע זוויתי]] ואנרגיה, כאשר המרחק מהגרעין - רדיוס המסלול - הוא פרופורציונלי לאנרגיה של האלקטרון.
במודל זה, האלקטרונים לא קרסו אל עבר האלקטרון, מאחר שהם לא יכלו לאבד אנרגיה בצורה רציפה; במקום זאת, הם יכלו לבצע רק [[קפיצה קוונטית|קפיצות קוונטיות]] בין [[רמת אנרגיה|רמות האנרגיה]] הקבועות מראש. כאשר זה קרה, נפלט או נבלע אור בתדירות פרופורציונית לשינוי באנרגיה - ומכאן התדירויות הבדידות של האור שנצפו בתהליך זה.
<ref name="NBohr">Bohr, N. "[http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Bohr/Bohr-1913a.html On the constitution of atoms and molecules]." ''Philosophical Magazine''. July 1913. 26, 1-25.</ref>
 
המודל של בוהר הצליח לחזות רק את [[קו ספקטרום|קווי הספקטרום]] של המימן; הוא לא הצליח לחזות את אלה של אטומים מרובי אלקטרונים. וחמור מכך, כאשר טכנולוגיית ה[[ספקטרופוטומטר|ספקטרוגרפיה]] השתפרה, נתגלו גם באטום המימן קווי ספקטרום נוספים, אשר מודל בוהר לא הצליח להסביר אותם. ב-[[1916]], [[ארנולד זומרפלד]] הוסיף מסלולים אליפטים למודל בוהר, על מנת להסביר את קווי הפליטה הנוספים, אך שינוי זה הפך את המודל לקשה מאוד לשימוש, והוא עדיין לא פתר את בעיית האטומים מרובי האלקטרונים.
 
ב-[[1924]] שיער [[לואי דה ברויי]] כי כל החלקיקים הנעים - ובפרט, חלקיקים תת-אטומים כגון אלקטרונים - מפגינים תכונות דמויות-גל. [[ארווין שרדינגר]], אשר הוקסם מהרעיון, חקר האם ניתן להסביר את תנועתם של האלקטרונים באטום כגלים ולא כחלקיקים. [[משוואת שרדינגר]], אשר פורסמה ב-[[1926]],
<ref name="schrodinger">Schrödinger, Erwin. "Quantisation as an Eigenvalue Problem." ''Annalen der Physik.''</ref>
מתארת את האלקטרון כ[[פונקציית גל]] במקום כחלקיק נקודתי, והיא חזתה בצורה אלגנטית רבות מהתופעות הספקטרליות אשר מודל בוהר נכשל בהסברתן. על אף שרעיון זה היה נוח מבחינה מתמטית, היה קשה להמחישו בדמיון, והוא נתקל בהתנגדות.
<ref name="Mahanti">Mahanti, Subodh. "[http://www.vigyanprasar.gov.in/scientists/ESchrodinger.htm Erwin Schrödinger: The Founder of Quantum Wave Mechanics]."</ref>
אחד ממבקריו, [[מקס בורן]], שיער כי פונקציית הגל של שרדינגר לא תיארה את האלקטרון, אלא את כל המצבים האפשריים שלו, ולכן ניתן להשתמש בה על מנת לחשב את ההסתברות למציאת אלקטרון בכל מיקום נתון מסביב לגרעין.
<ref>Mahanti, Subodh. "[http://www.vigyanprasar.gov.in/scientists/MBorn.htm Max Born: Founder of Lattice Dynamics]."</ref>
 
מאחר שפונקציית גל כוללת זמן בנוסף למיקום, לא ניתן להפיק ממנה ערכים מדויקים הן עבור המיקום והן עבור ה[[תנע]] של חלקיק בכל נקודה נתונה בזמן; עיקרון זה ידוע כ[[עקרון אי-הוודאות]]. עיקרון זה סתר את מודל בוהר, עם המסלולים המעגליים המסודרים והמוגדרים היטב שלו. המודל המודרני של האטום מתאר את מיקומי האלקטרונים באטום במונחים של הסתברויות. אלקטרון עשוי, באופן פוטנציאלי, להימצא בכל מרחק אפשרי מהגרעין, אך - בתלות ברמת האנרגיה שלו - נוטה להתקיים לעתים קרובות יותר באזורים מסוימים מסביב לגרעין מאשר מבאחרים. האזור בו הסיכוי למציאת אלקטרון מסוים הוא מרבי נקרא [[אורביטל אטומי]].
 
== ראו גם ==
* [[התאוריה הקינטית של הגזים]]
 
== הערות שוליים ==
{{הערות שוליים|יישור=שמאל}}
 
[[קטגוריה:היסטוריה של הפיזיקה]]
[[קטגוריה:היסטוריה של המדע]]
[[קטגוריה:פיזיקה אטומית]]
[[קטגוריה:פיזיקה סטטיסטית]]
[[קטגוריה:מכניקת הקוונטים]]
 
[[en:Atomic theory]]
[[ar:نظرية ذرية]]
[[bs:Atomska teorija]]
[[ca:Teoria atòmica]]
[[cs:Atomová teorie]]
[[de:Atommodell]]
[[el:Ατομική θεωρία]]
[[es:Teoría atómica]]
[[fa:نظریه اتمی]]
[[fi:Atomiteoria]]
[[fr:Théorie atomique]]
[[id:Teori atom]]
[[it:Teoria atomica]]
[[ja:原子模型]]
[[ko:원자론]]
[[nn:Atomteori]]
[[simple:Atomic theory]]
[[sr:Атомистика]]
[[sv:Atomteori]]
[[tl:Hinuhang atomiko]]
[[ur:نظریۂ جوہر]]
[[zh:原子論]]
משתמש אלמוני