רקע היסטורי – האטום

תהליך הפענוח של מבנה האטום ארך שנים רבות מאוד ורק ועם התפתחות הטכנולוגיה אפשר היה לחקור את האטום לעומק

היוונים שחיו לפני כ – 2500 שנים הטרידה הבעיה מהו הגורם לכל התופעות המתרחשות? מהו ה”טבע”? מה מרכיב את כל החומרים המוכרים לנו? בתחילה חשבו היוונים שכל החומרים מורכבים מ – 4 יסודות: אויר, אדמה, מים ואש, ואחריהם התווספו גם חום, קור, יובש ולחות

בעבר חשבו שהיחידה הבסיסית ביותר ממנה מורכב כל חומר זהו האטום שאינו ניתן לחלוקה.

חוקרים עוד מימי קדם חקרו את השאלה ממה עשוי החומר, אם לוקחים חתיכת חומר כלשהי ומתחילים לחלק אותו לחלקים קטנים יותר ויותר כשכל חלק שחולק יחולק שוב כאשר מידת החומר הולכת וקטנה.

האם אפשר להוסיף ולחלק ככל שנרצה או שתסתיים החלוקה בשלב בו מגיעים לחלקיק זעיר שלא ניתן לחלוקה

החומר בנוי מחלקיקם – אטומים- הפילוסוף דמוקריטוס

במאה הרביעית לפני הספירה, ביוון העתיקה הניח דמוקריטוס כי בשבירת החומר ליחידות קטנות יותר ויותר אפשר יהיה להגיע ליחידה הבסיסית ביותר שאין באפשרותנו לחלק יותר הוא כינה את היחידה הבסיסית אטום (ביוונית = בלתי ניתן לחלוקה).

אמנם דמוקריטוס לא ראה אטומים, אולם בעזרת הדימוי המחשבתי של האטום הוא ניסה להסביר תופעות שונות שבהן הבחין. הוא הקדים את זמנו: רעיון זה חייב הכרה בקיומו של ריק, מושג שגם היום קשה להבינו.

רעיונותיו לא זכו לתמיכה במשך מאות שנים

מודל האטום “קם לתחייה” -דלטון

במאה ה-19 באנגליה דלטון כתב “החלקיקים הסופיים של כל הגופים הפשוטים הם אטומים שאינם ניתנים לחלוקה נוספת. אטומים אלו הם כדורים, ולכל אחד מהם משקל המאפיין אותו”.

רעיון האטום “קם לתחייה” לאחר כ- 2000 שנה! דלטון גם שכלל את מודל האטום: הוא הניח שיש הבדל בין אטומי היסודות השונים. להבדיל מדמוקריטוס הוא התבסס על ניסויים והסביר את ההבדל בתכונות החומרים השונים לפי סוגים שונים של אטומים

גילוי האלקטרון – תומסון

ב- 1897 בקיימברידג’, אנגליה ,עם המצאת החשמל ופיתוח טכנולוגיות חדשות, ולאחר עבודה מאומצת בניסויים רבים, גילה תומסון חלקיקים בעלי מטען שלילי באטום. הוא טען שהמשמעות של העובדות החדשות הללו היא שדמוקריטוס טעה כאשר הגדיר את האטום כבלתי ניתן לחלוקה.

תומסון שמח לבשר כי האטומים בכל החומרים מכילים אותם החלקיקים הטעונים במטען שלילי. תומסון: “ברור לי כי תגלית זו, תזכה להערכה בקרב קהילות המדענים, אולם רוב הציבור לעולם לא יכיר בחשיבותה.

נראה לי נכון לכנות את החלקיק אלקטרון (על שם המילה אלקרטה שפירושה ביוונית ענבר)”. ידוע היה שענבר נטען במטען חשמל סטטי

התגלית זעזעה את הקהילה המדעית. התגלה האלקטרון, חלקיק בעל מטען שלילי שהוא חלק מהאטום. זאת הייתה ההוכחה הראשונה לכך שהאטום בנוי מחלקיקים זעירים יותר!! האטום איבד את התואר “החלקיק הקטן ביותר שאינו ניתן לחלוקה”

תומסון תיאר את האטום כגוף בעל מטען חיובי ובו שתולים אלקטרונים, חלקיקים בעלי מטעןשלילי (-). האטום לפי תומסון דמה לעוגת צימוקים שבה העוגה היא הגוף החיובי והצימוקים הם האלקטרונים, מכוון שהאטום הוא ניטראלי, מטען האלקטרונים שווה למטען החיובי של החלקיק

תומסון הצליח להוכיח שאפשר לנתק את האלקטרונים מהאטום. בכל החומרים קיימים אותם חלקיקים – האלקטרונים. עובדה זו מעניינת במיוחד בהתחשב בכך שעד לתקופתו של תומסון הניחו המדענים כי קיימים כ- 70 אטומים שונים לפי מספר היסודות שהכירו.

במילים אחרות: עד אז היו בסביבות 70 סוגים של חלקיקים שהיוו את “אבני הבניין” לכל סוגי החומרים

תוצאות הניסויים של תומסון הצביעו על קיום חלקיק משותף שהוא אבן בניין לכל האטומים של כל היסודות.

האטום הוא ברובו חלל ריק – רתרפורד

ב-1911 בקיימברידג’, אנגליה, השנים הראשונות במאה העשרים היו מרתקות מאוד לכל המדענים שעסקו בחקר האטום. עובדות חדשות רבות התגלו. התגלתה תופעת הרדיואקטיביות.

אחד הניסויים שבו נעשה שימוש בקרינה רדיואקטיבית, היה ניסוי שעשתה קבוצתו של רתרפורד. תוצאות הניסוי של רתרפורד חייבו שינוי במודל מבנה האטום

רתרפורד הסיק כמה מסקנות

רוב המסה של האטום מרוכזת במרכז האטום – אשר זכה לכינוי -גרעין.

הגרעין טעון המטען חיובי.
רוב נפח האטום הוא חלל ריק.
האלקטרונים נמצאים בחלל המקיף את הגרעין.
מספר האלקטרונים שווה למספר יחידות המטען של הגרעין.
רדיוס האטום גדול פי 10,000 עד 100,000 מזה של הגרעין (תלוי בסוג האטום).
האלקטרונים נמצאים בתנועה מתמדת, אחרת הם היו נדבקים לגרעין. מהירות התנועה של האלקטרונים באטום. גבוהה מאוד כ- 1,080,000 קמ”ש! ובמקום קטן ביותר.

גילוי הפרוטון- רתרפורד

ב-1919 בקייברידג’, אנגליה, ב- 1914 נפסק זמנית המחקר של רתרפורד ושל מדענים אחרים עקב מלחמת העולם הראשונה.

העבודה התחדשה ב- 1918 עם חזרתם של הלוחמים. ואז גילתה קבוצת המחקר בראשותו של רתרפורד חלקיק חדש: חלקיק חיובי שהוא גם גרעין של אטום מימן.

רתרפורד כינה אותו “פרוטון” כי שיער שזוהי אבן בניין של כל היסודות. במילים אחרות, גרעיני היסודות בנויים ממספר שונה של פרוטונים. פירוש המילה פרוטון הוא חלקיק ראשוני.

גילוי הנויטרון צ’דוויק -תלמידו של רתרפורד

ב- 1932 בקיימברידג’, אנגליה, מהר מאד התברר כי רתרפורד טעה כאשר טען שהגרעין מורכב מפרוטונים בלבד. רתרפורד עצמו חישב ומצא כי הגרעין מורכב מסוג נוסף של חלקיקים. אמנם הוא עמל תקופה ארוכה כדי לגלות את החלקיק אבל תלמידו צ’דוויק הוא שהמשיך את “פיצוח” חידת האטום. צ’דוויק התעקש והתמיד בחיפוש אחר החלקיק ה”חמקמק, ולאחר כ- 19 שנות מחקר הצליח

ב-1932 גילה צ’דוויק את הנויטרון – חלקיק ניטרלי בגודל הפרוטון. הוא הסיק כי הגרעין החיובי מורכב אף הוא משני סוגי חלקיקים. חלקיקים בעלי מטען חיובי – פרוטונים, וחלקיקים ניטראליים – נויטרונים.

מודל הקוורקים גל-מן וצ’דוויק

ב- 1964. בארצות – הברית, הניחו גל-מן וצוויג כי קיימות אבני בניין יסודיות שמהן מורכבים הפרוטונים והניטרונים. הם כינו אותן קוורקים ושיערו שקיימים שלושה סוגים של קוורקים.

בשלב זה של הלימודים לא נתעמק בחלקיקים אלו. עם בניית מאיצי החלקיקים נתגלה שהחלקיקים הקטנים שהיו ידועים קודם לכן בנויים מחלקיקים קטנים יותר.

תם ולא נשלם

סקירת ההיסטוריה של פענוח מבנה האטום מראה שתגליות מדעיות והתפתחויות טכנולוגיות הביאו להתקדמות רבה בתחום זה. חשוב לציין כי לא הזכרנו מדענים שתרמו רבות לפיתוח מודל מבנה האטום כמו הזוג קירי, נילס בור, איינשטין ועוד.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *