Atomiteoria

Demokritoksen atomiteoria

Demokritos ajatteli, että jos jotakin leikataan yhä uudelleen ja uudelleen kahtia, se on lopulta lopetettava. Hän sanoi, että tätä viimeistä ainekappaletta ei voi enää leikata pienemmäksi. Demokritos kutsui näitä pieniä ainekappaleita atomeiksi, mikä tarkoittaa "jakamatonta". Hän ajatteli, että atomit kestäisivät ikuisesti, eivät koskaan muuttuisi eikä niitä voisi tuhota. Demokritos ajatteli, että atomien välissä ei ole mitään ja että kaikki ympärillämme oleva voitaisiin selittää, jos ymmärtäisimme, miten atomit toimivat.

Jotkut muut filosofit olivat samaa mieltä, toiset taas eri mieltä. Heillä ei ollut keinoa osoittaa kokeellisesti, oliko hänen teoriansa totta vai ei.

Boscovichin atomiteoria

Vuonna 1758 Roger Joseph Boscovich kuvasi atomiteorian edeltäjän.

Daltonin atomiteoria

Vuonna 1803 Cumberlandissa syntynyt englantilainen tiedemies John Dalton muokkasi Demokritoksen teoriaa seuraavasti:

1. Kaikki aine muodostuu atomeista.
2. Atomit ovat jakamattomia ja näkymättömiä hiukkasia.
3. Saman alkuaineen atomit ovat samantyyppisiä ja saman massan omaavia.
4. Kemiallisten yhdisteiden muodostavat atomit ovat määrätyissä suhteissa.
5. Kemialliset muutokset vastaavat kemialliseen reaktioon osallistuvien atomien uudelleenjärjestelyä.

Dalton määritteli atomin alkuaineen perusyksiköksi, joka voi osallistua kemialliseen yhdistelmään.

Thomsonin atomimalli

Vuonna 1850 Sir William Crookes rakensi "purkausputken" eli lasiputken, josta oli poistettu ilma ja jonka päissä oli metallielektrodit, jotka oli kytketty korkeajännitelähteeseen. Kun putkeen luodaan tyhjiö, voidaan nähdä valopurkaus, joka kulkee katodilta (negatiivisesti varautunut elektrodi) anodille (positiivisesti varautunut elektrodi). Crookes nimesi päästön "katodisäteiksi".

Katodisäteilykokeiden jälkeen Sir Joseph John Thomson totesi, että säteilyä lähettivät negatiiviset varaukset, koska positiivinen napa veti niitä puoleensa. Thomson tiesi, että atomit olivat sähköisesti neutraaleja, mutta hän totesi, että jotta näin tapahtuisi, atomissa pitäisi olla yhtä paljon negatiivisia ja positiivisia varauksia. Negatiiviset varaukset nimettiin elektroneiksi (e-).

Atomien neutraalista varauksesta tehtyjen oletusten perusteella Thomson ehdotti ensimmäistä atomimallia, joka kuvattiin positiivisesti varautuneena pallona, johon elektronit oli sijoitettu (negatiivisesti varattuina). Se tunnetaan nimellä luumupuddingmalli.

Vuonna 1906 Robert Millikan määritteli, että elektronien Coulombin (C) varaus oli -1,6 * 10⁻¹⁹, mikä mahdollisti sen massan laskemisen pieneksi, 9,109 * 10⁻³¹ kg:n suuruiseksi.

Samaan aikaan Eugene Goldsteinin vuonna 1886 katodipurkausputkilla tekemien kokeiden avulla hän pystyi toteamaan, että positiivisten varausten massa oli 1,6726 * 10⁻²⁷ kg ja sähkövaraus +1,6 * 10 C⁻¹⁹. Lordi Ernest Rutherford nimesi myöhemmin nämä positiivisesti varatut hiukkaset protoneiksi.

Thomsonin mallin kaaviokuva.

Rutherfordin atomimalli

Vuonna 1910 uusiseelantilainen fyysikko Ernest Rutherford esitti ajatuksen, jonka mukaan atomin positiiviset varaukset olivat pääasiassa atomin keskustassa, ytimessä, ja elektronit (e-) sen ympärillä.

Rutherford osoitti tämän, kun hän käytti (heliumista peräisin olevaa) alfasäteilyä osuakseen hyvin ohuisiin kultalevyihin, joita ympäröi sinkkisulfidilampunvarjostin, joka tuotti näkyvää valoa, kun siihen osui alfasäteilyä. Tätä koetta kutsuttiin Geiger-Marsdenin kokeeksi tai kultakalvokokeeksi.

Tässä vaiheessa atomin pääalkuaineet olivat jo selvillä, ja lisäksi oli havaittu, että jonkin alkuaineen atomit voivat esiintyä isotooppina. Isotoopit vaihtelevat ytimessä olevien neutronien määrän mukaan. Vaikka tämä malli ymmärrettiin hyvin, nykyaikainen fysiikka on kehittynyt edelleen, eikä nykyisiä ajatuksia voida tehdä helposti ymmärrettäviksi. Jonkinlainen käsitys nykypäivän atomifysiikasta löytyy alla olevan taulukon linkeistä.

Lord Ernest Rutherfordin atomikokeilu

Nykyaikainen fysiikka

Atomit eivät ole alkeishiukkasia, koska ne koostuvat subatomisista hiukkasista, kuten protoneista ja neutroneista. Protonit ja neutronit eivät myöskään ole alkeishiukkasia, koska ne koostuvat vielä pienemmistä hiukkasista, joita kutsutaan kvarkkeiksi ja joita yhdistävät toiset hiukkaset, joita kutsutaan gluoniksi (koska ne "liimaavat" kvarkit yhteen atomissa). Kvarkit ovat alkeishiukkasia, koska kvarkkeja ei voi enää pilkkoa.