اَتُم (به انگلیسی: Atom) واژه ای است یونانی به معنی «ناگسستنی» (من تقسیم نمی‌شوم)[۲]، اتم واحد تشکیل دهنده تمام مواد (یا تک تک عناصر شیمیایی) است که متشکل از یک هسته مرکزی است که محاطه شده با ابر الکترونی با بار منفی. تعریف دیگری آن را به عنوان کوچکترین واحدی در نظر می‌گیرد که ماده را میتوان به آن تقسیم کرد بدون اینکه اجزاء بارداری از آن خارج شود.[۳] اتم ابری الکترونی، تشکیل‌شده از الکترونها با بار الکتریکی منفی، که هستهٔ اتم را احاطه کرده‌است. هسته نیز خود از پروتون که دارای بار مثبت است و نوترون که از لحاظ الکتریکی خنثی است تشکیل شده‌است. زمانی که تعداد پروتونها و الکترون‌های اتم با هم برابر هستند اتم از نظر الکتریکی در حالت خنثی یا متعادل قرار دارد در غیر این صورت آن را یون می‌نامند که می‌تواند دارای بار الکتریکی مثبت یا منفی باشد. اتم‌ها با توجه به تعداد پروتونها و نوترون‌های آنها طبقه‌بندی می‌شوند. تعداد پروتون‌های اتم مشخص کننده نوع عنصر شیمیایی و تعداد نوترونها مشخص‌کننده ایزوتوپ عنصر است.[۴]
نظریه مکانیک کوانتومی تصویر پیچیده‌ای از اتم ارائه میدهد و این پیچیدگی دانشمندان را مجبور می‌کند که جهت توصیف خواص اتم بجای یک تصویر متوسل به تصاویر شهودی متفاوتی از اتم شوند. بعضی وقت‌ها مناسب است که به الکترون به عنوان یک ذره متحرک به دور هسته نگاه کرد و گاهی مناسب است به آنها عنوان ذراتی که در امواجی با موقعیت ثابت در اطراف هسته (مدار: orbits) توزیع شده‌اند نگاه کرد. ساختار مدارها تا حد بسیار زیادی روی رفتار اتم تأثیر گذارده و خواص شیمیایی یک ماده توسط نحوه دسته بندی این مدارها معین می‌شود.[۳]
محتویات
۱ اجزا
۱.۱ ذرات زیراتمی
۱.۲ هسته
۱.۳ ابر الکترونی
۲ مدل‌های اتمی
۲.۱ مدل اتمی دموکریت
۲.۲ مدل اتمی دالتون
۲.۳ مدل اتمی جوزف تامسون انگلیسی
۲.۴ مدل اتمی ارنست رادرفورد نیوزلندی
۲.۵ مدل اتمی نیلز بور
۲.۶ مدل اتمی جیمز چادویک
۲.۷ مدل اتمی لایه‌ای
۲.۸ شنیده شدن صدای اتم
۳ پانویس
۴ منابع
اجزا
جهت بررسی اجزاء یک ماده، میتوان به صورت پی در پی آن را تقسیم کرد. اکثر مواد موجود در طبیعت ترکیب شلوغی از مولکول‌های مختلف است. با تلاش نسبتاً کمی میتوان این مولکولها را از هم جدا کرد. مولکولها خودشان متشکل از اتم‌ها هستند که توسط پیوندهای شیمیایی به هم پیوند خورده‌اند. با مصرف انرژی بیشتری میتوان اتم‌ها را از مولکولها جدا کرد. اتم‌ها خود از اجزاء ریزتری بنام هسته و الکترون تشکیل شده که توسط نیروهای الکتریکی به هم پیوند خورده‌اند و شکستن آنها انرژی بسی بیشتری طلب می‌کند. اگر سعی در شکستن این اجرا زیر اتمی با صرف انرژی زیاد بکنیم، کار ما باعث تولید شدن ذرات جدیدی می‌شویم که خیلی از آنها بار الکتریکی دارند. [۳]
همانطور که اشاره شد اتم از هسته و الکترون تشکیل شده‌است. جرم اصلی اتم در هسته قرار دارد؛ فضای اطراف هسته عموماً فضای خالی میباشد. هسته خود از پروتن (که بار مثبت دارد)، و نوترن (که بار خنثی دارد) تشکیل شده. الکترون هم بار منفی دارد. این سه ذره عمری طولانی داشته و در تمامی اتم‌های معمولی که به صورت طبیعی تشکیل می‌شوند یافت می‌شود. بجز این سه ذره، ذرات دیگری نیز در ارتباط با آنها ممکن است موجود باشد؛ میتوان این ذرات دیگر را با صرف انرژی زیاد نیز تولید کرد ولی عموماً این ذرات زندگی کوتاهی داشته و از بین می‌روند.[۳]
اتم‌ها مستقل از اینکه چند الکترون داشته باشند (۳ تا یا ۹۰ تا)، همه تقریباً یک اندازه دارند. به صورت تقریبی اگر ۵۰ میلیون اتم را کنار هم روی یک خط بگذاریم، اندازه آن یک سانتیمتر می‌شود. به دلیل اندازه کوچک اتم‌ها، آنها را با واحدی به نام آنگستروم که برابر ۱۰- ۱۰ متر است می‌سنجند.[۳]
ذرات زیراتمی
نوشتار اصلی: ذرات زیراتمی
با وجود اینکه منظور از اتم ذره‌ای تجزیه ناپذیر بود، امروز میدانیم که اتم از ذرات کوچکتری تشکیل شده‌است. الکترونها، پروتونها و نوترونها ذرات تشکیل دهندهٔ اتم هستند. الیته یون هیدروژن بدون الکترون و نیز هیدروژن-۱ بدون نوترون است.
در مدل استاندارد، الکترونها ذرات بنیادی، یعنی بدون ساختار داخلی، پنداشته می‌شوند؛ در حالی که پروتونها و نوترون از ذرات دیگری به نام کوارک تشکیل شده‌اند.
هسته
نوشتار اصلی: هسته اتم
هسته دارای نوترون و پروتون است. پروتون دارای بار مثبت (+) و نوترون بدون بار است. و در خارج از هسته الکترون وجود دارد که بار آن منفی(-)است.
ابر الکترونی
این مدل پیشنهاد شده تنها از یک شخص منتشر نشده و ایده چندین دانشمند و محقق در سال 1935 میباشد در این مدل مانند مدل بور (منظومه شمسی) هسته عمده جرم اتم را تشکیل میدهد و در مرکز ، الکترون با انرژی مختلف به دور هسته در گردش میباشد و الکترونها در لایه ای با انرژی معینی وجود دارند .
مدل‌های اتمی
مدل اتمی دموکریت
دموکریت در ۵۰۰سال قبل از میلاد اوّلین تحقیق‌ها را در رابطه با اتم انجام داد. البته نتایج آزمایش‌ها او امروزه هیچ کدام مورد قبول نیست اما اصلی ترین گام در راستای تحقیق در رابطه با اتم بود. نام اتم به معنای تجزیه ناپذیر را نیز او انتخاب کرد. نظریه های او بسیار ابتدایی بود اما باید توجه داشت که تا زمانی که نمی‌توان اتم را به چشم دید صحبت در رابطه با آن نیز تنها حدس است. او بر این عقیده بود که:
ماده ساختار ذرّه‌ای دارد یعنی از ذرّه‌ها بسیار کوچکی ساخته شده‌است که خود آن را میتوان تجزیه ناپذبر نامید.
اتم مواد مختلف در شکل بایکدیگر متفاوت است. برای مثال مواد تیز و برنده یا ترش دارای اتمی با لبه‌های تیز به شکل‌هایی چون مثلث هستند یا مواد نرم و شیرین دارای شکلی دایره‌ای.(البته این مورد در نظرات بعدی کاملا رد شد.)
مدل اتمی دالتون
نظریهٔ اتمی دالتون: دالتون نظریه اتمی خود را با اجرای آزمایش در هفت بند بیان کرد.
ماده از ذره‌های تجزیه ناپذیری به نام اتم ساخته شده‌است.
همهٔ اتم‌های یک عنصر، مشابه یکدیگرند.
اتم‌ها نه به وجود می‌آیند و نه از بین می‌روند.
همهٔ اتم‌های یک عنصر جرم یکسان و خواص شیمیایی یکسان دارند.
اتم‌های عنصرهای مختلف به هم متصل می‌شوند و مولکولها را به وجود می‌آورند.
در هر مولکول از یک ماده مرکب معین، همواره نوع و تعداد نسبی اتم‌های سازنده ی آن یکسان است.
واکنش‌های شیمیایی شامل جابه جایی اتم‌ها و یا تغییر در شیوهٔ اتصال آنها است.
نظریه‌های دالتون نارساییها و ایرادهایی دارد و اما آغازی مهم بود. مواردی که نظریهٔ دالتون نمی‌توانست توجیه کند:
پدیدهٔ برقکافت (الکترولیز) و نتایج مربوط به آن
پیوند یونی - فرق یون با اتم خنثی
پرتو کاتدی
پرتوزایی و واکنش‌های هسته‌ای
مفهوم ظرفیت در عناصر گوناگون
پدیدهٔ ایزوتوپی
قسمت اول نظریهٔ دالتون تأیید فیلسوف یونانی (دموکریت) بود.
نظریهٔ دالتون از سه قسمت اصلی (قانون بقای جرم - قانون نسبت‌ها معین - قانون نسبت‌های چندگانه) میباشد.
مطالعهٔ اتم‌ها و ذرات ریزتر فقط به صورت غیرمستقیم و از روی رفتار (خواص) امکان پذیر است.
اولین ذرهٔ زیراتمی شناخته شده الکترون است. مواردی که به کشف و شناخت الکترون منجر شد:
الکتریسیتهٔ ساکن یا مالشی
پدیدهٔ الکترولیز (برقکافت)
پرتو کاتدی
۴پدیدهٔ پرتوزایی
مدل اتمی جوزف تامسون انگلیسی
مدل اتمی تامسون (کیک کشمشی، مدل هندوانه ای یا ژله میوه دار)
الکترون با بار منفی، درون فضای ابرگونه با بار مثبت، پراکنده شده‌اند.
اتم در مجموع خنثی است. مقدار بار مثبت با بار منفی برابر است.
این ابر کروی مثبت، جرمی ندارد و جرم اتم به تعداد الکترون آن بستگی دارد.
جرم زیاد اتم از وجود تعداد بسیار زیادی الکترون در آن ناشی می‌شود.
مدل اتمی ارنست رادرفورد نیوزلندی
۱)هر اتم دارای یک هسته کوچک است که بیشتر جرم اتم در آن واقع است.
۲)هسته اتم دارای بار الکتریکی مثبت است.
۳)حجم هسته در مقایسه با حجم اتم بسیار کوچک است زیرا بیشتر حجم اتم را فضای خالی تشکیل میدهد.
۴)هسته اتم بوسیله الکترونها محاصره شده‌است.
مدل اتمی نیلز بور
او یکی از محققان موفق در این راه بود که با وجود اشتباه بودن مدل او بازهم در خیلی مکان‌ها مانند انرژی اتمی از آن استفاده می‌شود.
اتم دارای هسته کوچک اما سنگین با بار مثبت است
هسته در اتم در حجم کمی قرار دارد که اطراف آن الکترونها بر روی مدارهایی مانند منظومه شمسی به دور آن می‌چرخند.
اطلاعات جدیدی اضافه شد:
همچنین ایشان بر این باور بودند که الکترونها بر روی مدارهایی به دور هستهٔ اتم پیوسته در حال گردش اند و این نظریه علاوه بر نارسا بودن اطلاعات
سودمندی در رابطه با ساختار اتم میدهد , منطور از نارسا بودن این است که شکل‌های الکترونها به صورت ناقص ترسیم شده میباشد در حالی که امروزه میدانیم
نظریه کامل تری با نام مد لایه‌ای عرضه شده‌است.
مدل اتمی جیمز چادویک
قطعا مدل اتمی بور با نقص قابل توجهی رو به رو بود،آن هم نبود نوترون یا ماده ای که دافعه ای که بین پروتون ها در مرکز هسته را از بین ببرد وجود نداشت و بنابر این چادویک بر درستی مدل منظومه شمسی نیلز بور تاکیید کرد اما نقص آن را با توضیح وجود نوترون در هسته ی اتم کامل کرد و از آن به بعد اصلاحات دیگری بر روی هسته ی اتم انجام نشده است ولی البته دانشمندان بزرگی همچون اروین شرودینگر هم بعد از او نیز نظریات اتمی زیادی دادن ولی هنوز هم کاملترین نظریه متعلق به جیمز چادویک (در رابطه با هسته اتم)است.
مدل اتمی لایه‌ای
یک مدل اتمی است که امروزه پذیرفته شده‌است ولی هنوز از مدل اتمی بور برای نمایش اتم استفاده می‌شود در این مدل مانند مدل بور هسته که عمدهٔ جرم اتم را تشکیل داده در مرکز اتم قرار دارد و الکترونها با انرژی‌های مختلف به دور هسته در حال گردش هستند با این تفاوت که در این مدل الکترونها به شکل ابری که ابر الکترونی نامیده شده‌است در اطراف هسته اتم ودر فضای بسیار بزرگی که قطر آن ۱۰۰۰۰ برابر قطر هستهٔ اتم است در حرکتند
شنیده شدن صدای اتم
ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﺻﻨﻌﺘﯽ ﭼﺎﻟﻤﺮﺯ ﺳﻮﺋﺪ ﺑﺮﺍﯼ ﻧﺨﺴﺘﯿﻦ ﺑﺎﺭ ﺍﺯ ﺻﻮﺕ ﺑﺮﺍﯼ ﺑﺮﻗﺮﺍﺭﯼ ﺍﺭﺗﺒﺎﻁ ﺑﺎ ﯾﮏ ﺍﺗﻢ ﻣﺼﻨﻮﻋﯽ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﮐﺮﺩﻧﺪ .تعامل بین اتم و نور پدیده ای شناخته شده است و به طور ﻭﺳﯿﻌﯽ ﺩﺭ ﺩﺍﻧﺶﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﺑﻪ ﮐﺎﺭ ﻣﯽﺭﻭﺩ، ﺑﺎ ﺍﯾﻦ ﺣﺎﻝ ﺩﺳﺘﯿﺎﺑﯽ ﺑﻪ ﻫﻤﺎﻥ ﻣﯿﺰﺍﻥ ﺗﻌﺎﻣﻞ ﺑﺎ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺍﺯ ﺍﻣﻮﺍﺝ ﺻﻮﺗﯽ ﻓﺮﺁﯾﻨﺪﯼ ﭼﺎﻟﺶﺑﺮﺍﻧﮕﯿﺰﺗﺮ ﺍﺳﺖ. ﻫﻢﺍﮐﻨﻮﻥ، ﻣﺤﻘﻘﺎﻥ ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﭼﺎﻟﻤﺮﺯ ﻣﻮﻓﻖ ﺑﻪ ﺟﻔﺖﮐﺮﺩﻥ ﺍﻣﻮﺍﺝ ﺻﻮﺗﯽ ﺑﺎ ﯾﮏ ﺍﺗﻢ ﻣﺼﻨﻮﻋﯽ ﺷﺪﻩﺍﻧﺪ ﻭ ﺍﯾﻦ ﻣﻮﻓﻘﯿﺖ ﺑﺎ ﻫﻤﮑﺎﺭﯼ ﻓﯿﺰﯾﮑﺪﺍﻧﺎﻥ ﻧﻈﺮﯼ ﻭ ﺗﺠﺮﺑﯽ ﺣﺎﺻﻞ ﺷﺪﻩ ﺍﺳﺖ . « ﭘﺮ ﺩﻟﺴﯿﻨﮓ» ، ﺭﻫﺒﺮ ﺗﯿﻢ ﺗﺤﻘﯿﻘﺎﺗﯽ ﺗﺠﺮﺑﯽ، ﺩﺭ ﺍﯾﻦ ﺑﺎﺭﻩ ﮔﻔﺖ : ﺑﺎ ﺻﺤﺒﺖﮐﺮﺩﻥ ﻭ ﮔﻮﺵﺩﺍﺩﻥ ﺑﻪ ﺍﺗﻢﻫﺎ ﺩﺭﯾﭽﻪ ﺟﺪﯾﺪﯼ ﺭﺍ ﺑﻪ ﺟﻬﺎﻥ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﮔﺸﻮﺩﻩﺍﯾﻢ. ﻫﺪﻑ ﺑﻠﻨﺪﻣﺪﺕ ﻣﺎ ﻣﻬﺎﺭﮐﺮﺩﻥ ﻓﯿﺰﯾﮏ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﺍﺳﺖ ﺑﻪ ﻃﻮﺭﯼ ﮐﻪ ﺑﺘﻮﺍﻧﯿﻢ ﺍﺯ ﻗﻮﺍﻧﯿﻦ ﺁﻥ ﻧﻬﺎﯾﺖ ﺍﺳﺘﻔﺎﺩﻩ ﺭﺍ ﺑﻪ ﻃﻮﺭ ﻣﺜﺎﻝ، ﺩﺭ ﺳﺎﺧﺖ ﺭﺍﯾﺎﻧﻪﻫﺎﯼ ﺑﯽﻧﻬﺎﯾت ﭘﺮﺳﺮﻋﺖ ﺑﺒﺮﯾﻢ. ﻣﺎ ﺍﯾﻦ ﮐﺎﺭ ﺭﺍ ﺑﺎ ﺧﻠﻖ ﻣﺪﺍﺭﻫﺎﯼ ﺍﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ ﺍﻧﺠﺎﻡ ﻣﯽﺩﻫﯿﻢ ﮐﻪ ﺍﺯ ﻗﻮﺍﻧﯿﻦ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﻃﺒﻌﯿﺖ ﻣﯽﮐﻨﺪ . ﻭﯼ ﺍﺩﺍﻣﻪ ﺩﺍﺩ: ﯾﮏ ﺍﺗﻢ ﻣﺼﻨﻮﻋﯽ ﻣﺜﺎﻟﯽ ﺍﺯ ﭼﻨﯿﻦ ﻣﺪﺍﺭ ﺍﻟﮑﺘﺮﯾﮑﯽ ﮐﻮﺍﻧﺘﻮﻣﯽ ﺍﺳﺖ ﻭ ﺩﺭﺳﺖ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﯾﮏ ﺍﺗﻢ ﻃﺒﯿﻌﯽ ﻣﯽﺗﻮﺍﻥ ﺁﻥ ﺭﺍ ﺑﺎ ﺍﻧﺮﮊﯼ ﺷﺎﺭﮊ ﮐﺮﺩ . ﺍﯾﻦ ﺍﻧﺮﮊﯼ ﻣﻌﻤﻮﻻ ﺩﺭ ﺷﮑﻞ ﯾﮏ ﺫﺭﻩ ﺳﺎﻃﻊ ﻣﯽﺷﻮﺩ ﮐﻪ ﺍﯾﻦ ﺫﺭﻩ، ﻣﻌﻤﻮﻻ ﯾﮏ ﺫﺭﻩ ﻧﻮﺭ ﺍﺳﺖ. ﺑﺎ ﺍﯾﻦ ﺣﺎﻝ، ﺍﺗﻢ ﻣﻮﺟﻮﺩ ﺩﺭ ﺁﺯﻣﺎﯾﺶ ﺩﺍﻧﺸﻤﻨﺪﺍﻥ ﺩﺍﻧﺸﮕﺎﻩ ﭼﺎﻟﻤﺮﺯ ﺑﺮﺍﯼ ﺳﺎﻃﻊﮐﺮﺩﻥ ﻭ ﺟﺬﺏﮐﺮﺩﻥ ﺍﻧﺮﮊﯼ ﺩﺭ ﺷﮑﻞ ﺻﻮﺕ ﻃﺮﺍﺣﯽ ﺷﺪﻩ ﺑﻮﺩ . ﺟﺰﺋﯿﺎﺕ ﺍﯾﻦ ﻣﻮﻓﻘﯿﺖ ﻋﻠﻤﯽ ﺩﺭ ﻣﺠﻠﻪ Science ﻣﻨﺘﺸﺮ ﺷﺪ