Tamás Ferenc: Atommodellek

BevezetésH2O

Az általunk ismert világ anyagi részekből áll. Ha kicsit jobban megközelítjük az egyes anyagi részecskéket, akkor már molekulákra bomlanak. Egyik ilyen legegyszerűbb molekula a víz, melynek ismert képlete (H2O) is: ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy két rész hidrogénből és egy rész oxigénből áll. (Kép eredetije: http://commons.wikimedia.org/) Ezzel már el is jutottunk a molekulák összetevőihez: az egyes atomokhoz. Maga az atom szó a görög filozófiában a tovább nem bontható, elemi részt jelenti. (értsd: atomosz görög szó: oszthatatlan).

A mai tudományunkkal ezt az atomot már tudjuk használni, hiszen miközben ezen sorokat írom, én is elektromos áramot használok, melynek jelentős része a paksi atomerőműből származik.

Az atomok létezésre vonatkozó legelső utalást 1800-ban Dalton tette meg, aki felfedezte, hogy egy kémiai vegyületben a vegyületet alkotó elemek súlyainak aránya mindig állandó. A fenti vizes példánál maradva a hidrogén és az oxigén súlyaránya mindig 1:8. Random Walk

A súlyarányok kísérleti megállapításával meghatározható lettek az egyes atomok tömegarányai. Definíció szerint a C12-es szénizotóp tömegén 12 atomi tömegegységnek tekintjük. Tehát ennek 1/12-ed része az atomi tömegegység. A relatív atomtömeg pedig az a mértékegység nélküli szám, amely ennek az egységnek valahányszorosa.

Ha már a definícióknál tartunk, jöjjön még egy: 1 mól az az anyagmennyiség, amely ugyanannyi molekulát tartalmaz, mint amennyi atom 12 gramm szénben van. A szám hivatalos neve: Loschmidt-szám, illetve Avogadro-szám. Értéke pedig: 6,022045*1023.

 

Jogosan merül fel a kérdés, hogy mindez hogyan mutatható ki a gyakorlatban?

Leginkább a Brown-mozgás alkalmas erre! Adott egy kicsi tálka, melyet nagyító alá helyezünk, de nem fedjük le. Óvatosan a tálcába fújunk egy kis cigarettafüstöt, majd egy jó nagyítóval szemügyre vesszük egy dohánymolekula mozgását. (Felfedező: Brown, angol botanikus, 1827) A dolog érdekessége, hogy csak a meglehetősen nagy dohányfüst-molekulát lehet látni, amely össze-vissza mozog, de a mozgást létrehozó aprócska levegő-alkotókat, már nem. (Kép eredetije: http://www.enc.hu/ ) A képen egy dohányfüst-molekula véletlen mozgása látható.


Thompson scheme

Thomson-modell

Az idők során az is kiderült, hogy maga az atom sem egy és oszthatatlan, hiszen biztosan vannak elektronjai, melyek mozgása okozza az elektromos áramot. Magát az elektront 1897-ben fedezte fel Joseph John Thomson (1856-1940) angol fizikus. Utána pár évvel, már 1904-ben felállította a legelső, kezdetleges atommodellt, a „mazsolás puding” modellt. Ő úgy képzelte, hogy az egész atom egy gyenge pozitív töltést hordoz, mint a puding és benne vannak elszólva az elektronok, mint egyes mazsolák.

(Kép eredetije: http://en.wikipedia.org/wiki/Plum_pudding_model) Így az atomban nagyjából egyenletesen oszlik meg a tömeg, míg az elektronok igen kicsi tömeggel rendelkezve véletlenszerűen szóródnak szét az atomon belül.

J.J.Thompson

Képen: J.J.Thompson (1856-1940)
Fizikai Nobel-díj 1906
(Kép forrása: http://www.nobelprize.org)