Ideja, ka visas pasaules vielas sastāv no atomiem, radās 5. gadsimtā pirms mūsu ēras, kad seno grieķu domātājs Democritus ieteica, ka viss, kas pastāv, sastāv no vismazākajām kustīgajām daļiņām. Varētu tikai pieņemt, ka, visticamāk, tas nav bez jēgas. Daudzus gadsimtus pēc Democritus atomi tika periodiski atgādināti, taču šajos attālajos laikos šī hipotēze nebija populāra. 19. gadsimtā atomu hipotēze parādījās uz zinātniskā horizonta.
Atomu struktūras modeļi
Zinātnieki meklēja modeli, kas varētu apmierinoši aprakstīt reālās pasaules ainu. Atoms izrādījās ļoti piemērots modelis. Kaut arī atomus nevar redzēt, taču, ļaujot tiem pastāvēt, zinātnieki varēja izskaidrot, ko viņi novērojuši savos eksperimentos un dabā.
Zinātnieki bija pārliecināti par atomu esamību jau ilgi pirms viņi to varēja pierādīt. Modelis darbojās, kaut arī neviens nevarēja pierādīt tā patiesību. Piemēram, 19. gadsimta sākumā angļu zinātnieks Džons Daltons, pētot ķīmisko reakciju likumus, atklāja, ka divas vielas vienmēr ķīmiski reaģē vienādā nemainīgā proporcijā. Piemēram, vienas skābekļa daļas un divu ūdeņraža daļu kombinācija dod ūdeni.
Tas liek domāt, ka vienas vielas atomi, kas pēc masas ir vienādi, savienojas ar citas vielas atomiem (tas ir, ar atšķirīgas masas atomiem). Ūdens veidošanās gadījumā viens skābekļa atoms apvienojas ar diviem ūdeņraža atomiem.Atomu modelis palīdzēja saprast, ko tieši Daltons novēroja savos eksperimentos. Ir arī citi vienkārši pierādījumi par atomu esamību.
Ja paskatās mikroskopā pie ziedputekšņu daļiņām, kas suspendētas ūdenī, var redzēt, ka tās veic haotiskas kustības. Kāpēc? Zinātnieki ir ierosinājuši, ka tas var būt saistīts ar faktu, ka ziedputekšņu daļiņas saduras ar daudziem atomiem vai atomu grupām, kuras zinātnieki ir nodēvējuši par molekulām (piemēram, ūdenī esošās daļiņas saduras ar ūdens molekulām).
No kā sastāv atoms?
Zinātnieki, kuri piekrita atomu teorijai, uzskatīja, ka atoms sastāv no mazām elektriski lādētām daļiņām - pozitīvām un negatīvām, kuras, apvienojot atomā, līdzīgi kā bumbiņā, neitralizē viena otru un padara atomu kopumā elektriski neitrālu. Bet 1907. gadā angļu fiziķis Ernests Rutherfords ar saviem eksperimentiem pierādīja, ka tā nav pilnīgi taisnība.
Rutherford pieredze
Rutherfords bombardēja zelta foliju ar pozitīva lādiņa daļiņu liela ātruma staru. Viņš uzskatīja, ka daļiņas izies cauri folijai. Dažas pozitīvi uzlādētas daļiņas lidoja cauri folijai. Un daži to nevarēja izdarīt. Turklāt viņi rikošeta veidā ielīda eksperimentētājā, it kā kāds folijā paslēpts spēks viņus atstumtu. Rutherfords bija pārsteigts. Viņš teica, ka tas ir tas pats, kas sākt dedzināt podu uz šķiedraina papīra un pēkšņi redzēt, kā katls lido pie podnieka pieres.
Planetārā atoma modelis - atoma kodols
Rutherforda eksperimenti palīdzēja apstiprināt atoma hipotēzi un saprast, kā atoms darbojas. Kļuva skaidrs, ka pozitīvās un negatīvās daļiņas nav vienmērīgi sadalītas atomā. Ja tas tā būtu, tad pozitīvi lādētas daļiņas Roterforda eksperimentā netiktu atgrūstas ar šādu spēku. Tādējādi atoma kodols nav neitrāls. Atoma vidū ir blīva daļiņu bumba, tas ir, vidū, ko sauc par atoma kodolu, ir pozitīvi lādēti protoni un neitrālie neitroni.
Ievērojamā attālumā no kodola ap tā orbītām griežas negatīvi lādētas daļiņas - elektroni. Tā kā pozitīvajam lādiņam ir vienāda vērtība ar negatīvu lādiņu, atoms kopumā ir elektriski neitrāls. Tam nav nekādas maksas.
Bet pats kodols ir pozitīvā lādiņa koncentrācija. Daudzas pozitīvās daļiņas Rutherforda eksperimentā lidoja pārāk tuvu zelta atoma pozitīvi lādētam kodolam. Tā kā pozitīvie lādiņi savstarpēji atgrūž, šīs daļiņas lidoja atpakaļ pret eksperimentu. Tas viņu pamudināja uz ideju par to, kā atomi patiesībā ir izvietoti.
Kvarki
Protoni un neitroni ir daļiņas, kuras, kaut arī pašas par sevi ir mazas, veido vēl mazākas daļiņas, ko sauc par kvarkiem. Mūsdienās zinātnieki uzskata, ka protonus un neitronus veido vēl mazākas daļiņas, ko sauc par kvarkiem.
Kvarki ir jauns modelis, kas labāk izskaidro atomu uzvedību reālajā pasaulē. Un tāpat kā zinātnieki iepriekš meklēja eksperimentālus pierādījumus atomu esamībai, tagad viņi meklē reālus pierādījumus par kvarku esamību.