Atómová teória

Grécki filozofi Demokritos a Leukippos vyslovili teóriu, že najmenšia jestvujúca častica je atóm. Tvrdili, že atóm je nedeliteľný. Toto bola chyba, lebo atóm je deliteľný na protóny, neutróny a elektróny. Tie sa dajú deliť ešte ďalej na quarky. Atóm je najmenšia jednotka chemického prvku, ktorá má vlastnosti daného prvku. Pojem atóm sa všeobecne ujal až na začiatku 19. storočia. Anglický vedec John Dalton vtedy ukázal, ako sa pojem atómu dá využiť na vysvetlenie chemických reakcií a vzniku zlúčenín. Súčasná teória atómu vychádza z prác Ernsta Rutherforda a Nielsa Bohra zo začiatku 20. storočia. Títo vedci ukázali, že atóm nie je nedeliteľnou časticou hmoty, ako si fyzici mysleli predtým, ale v skutočnosti sa skladá z prázdneho priestoru a záporne nabitých elektrónov, ktoré obiehajú okolo kladne nabitého jadra po určitých „vrstvách“ alebo „energetických hladinách“. Aj samo jadro má štruktúru – skladá sa z kladne nabitých protónov a nenabitých neutrónov. V atómovom jadre je ukryté veľké množstvo jadrovej energie. Môže sa uvoľniť vtedy, keď sa jadro rozštiepi, alebo keď sa dve jadrá spoja. Toto je základ jadrových reaktorov a jadrových zbraní, ako je napríklad atómová bomba. Teoretickí fyzici, ktorí skúmajú extrémne podmienky v urýchľovačoch častíc alebo v jadrách hviezd, aby pochopili povahu hmoty a energie zistili, že v atómových jadrách existuje celá skupina subatomárnych častíc (základné stavebné zložky hmoty). Pojem elektrónových vrstiev a orbitálov sa neskôr musel od základu prehodnotiť, aby sa zohľadnil princíp neurčitosti (tvrdenie, že nie je možné súčasne presne odmerať polohu a hybnosť hmotnej častice, pretože proces merania podstatne ovplyvní stav častice) a zákonitosti kvantovej mechaniky.

John Dalton sa narodil 6. septembra 1766 v dedinke Eaglesfield na severe Anglicka (grófstvo Cumberland). Pochádzal z chudobných pomerov, jeho otec bol tkáčom. Už v pätnástich rokoch začal vyučovať na vidieckej škole vo svojom rodisku, neskôr matematiku na strednej škole v Kendale. Usilovne študoval, predovšetkým chémiu, fyziku a meteorológiu. Pri štúdiu mu pomohol slepý John Gough (1757-1825), ktorý Daltona vyučoval jazyky a matematiku. Na jeho odporúčanie začal Dalton roku 1787 vyučovať filozofiu na novozriadenom New College v Manchestri, kde pôsobil až do roku 1779. Po odsťahovaní školy do New Yorku zostal v Manchestri a stal sa súkromným učiteľom. V roku 1794 sa stal členom Manchesterskej literárnej a filozofickej spoločnosti. V roku 1800 bol už tajomníkom tejto spoločnosti, o osem rokov viceprezidentom a od roku 1817 až do smrti prezidentom. Na sebe pozoroval a popísal farbosleposť, podľa jeho mena dnes označujeme tento jav daltonizmus.

John Dalton je tvorcom atómovej teórie, objaviteľ zákona parciálneho tlaku a zákona násobných zlučovacích pomerov. Prvým vedeckým záujmom Daltona boli plynné látky. V tejto oblasti urobil aj najviac experimentálnych prác. Študoval vzájomné miešanie plynov, ich rozpustnosť v kvapalinách a zistil, že plyny a pary sa teplom rovnomerne rozťahujú. V roku 1803 formuloval zákon stálych zlučovacích pomerov a zákon násobných zlučovacích pomerov, ku ktorým dospel na základe svojej atómovej hypotézy. Prvý krát ju formuloval na prednáške Manchesterskej literárnej a filozofickej spoločnosti 21. októbra 1803 ako súborné dielo: ,,Nová sústava chemickej filozofie“ (New System of Chemical Philosophy ), hlavné myšlienky atómovej teórie predstavovali tézy: Všetky látky sa skladajú z veľmi malých častíc- atómov. Atómy sú nezničiteľné, nedeliteľné a navzájom sa priťahujú vzájomnými silami. Jeden prvok môže obsahovať len atómy jedného druhu. Atómy rôznych prvkov sa od seba navzájom odlišujú veľkosťou, hmotnosťou a tvarom. Pri chemických reakciách atómy ani nevznikajú, ani sa nerozkladajú. Chemické reakcie sú len spájaním a rozpájaním atómov, ktorých podstata sa pritom nemení. Táto teória umožnila kvantitatívne objasňovanie chemických reakcií. Nielenže jednoznačne objasňovala zákon zachovania hmotnosti, zákony stálych zlučovacích pomerov a stálych násobných pomerov, ale ako experimentálne zdôvodnená teória podnietila a podporila ďalší rozvoj chémie.

J.J. Thomson – Na sklonku 19.-ho storočia predstavil pudingový model atómu: Keď si predstavíme vanilkový puding s hrozienkami. Vanilka je kladná hmota a hrozienka sú elektróny náhodne umiestnené a môžu kmitať iba v určitom priestore a rovnovážnej polohe. V roku 1906 objavil elektrón.

Ernest Rutheford – planetárny model, nadväzoval na Thomsona. Cez tenkú zlatú platničku nechal prechádzať častice (héliové jadrá). Očakával, že kladná hmota je rozložená v atóme rovnomerne a tak očakával len malé výchylky trajektórii α častíc. Realita bola však odlišná a odchýlky boli veľmi rôzne, miestami veľmi veľké (väčšie ako 90°). Toto zistenie vysvetlil, tak že kladná hmota je rozdelená veľmi nerovnomerne. Rutheford usúdil že kladná hmota je sústredená vo veľmi malom objeme atómu (približne 1/100 000). Z týchto zistení vyslovil záver, že stavba atómu je podobná slnečnej sústave – elektróny obiehajú okolo jadra. Avšak takto by elektróny strácali energiu a približovali by sa k jadru až by s jadrom splynuli. Čiže atóm by nebol stabilný a elektróny by museli vysielať súvislé spektrum, čo je v rozpore s pozorovaním čiarového spektra vysielaného elektrónmi.

Niels Bohr – odvodil základy k hlavnému kvantovému číslu, vyslovil myšlienku, že každý elektrón ma presne stanovenú polohu (orbitál) s polomerom r a prislúchajúcou energiou E. Svoje zistenia zhrnul do dvoch postulátov, ktoré majú platnosť zákonov. 1. postulát – Kvantová podmienka: Energia elektrónov je presne kvantovaná, ak je vzdialenosť elektrónu od jadra r1, tak mu prislúcha energia E1. Taktiež odvodil základ hlavného kvantového čísla: mevr = nh/2p, kde n je hlavné kvantové číslo.
2. postulát – Frekvenčná podmienka: Elektrón vyžaruje energiu, len v prípade že sa vracia z energeticky bohatšej dráhy na energeticky chudobnejšiu. hf = E2 – E1. Vysvetľuje prečo elektróny vyžarujú čiarové spektrum. Avšak presne to platí len pre vodík, a taktiež Bohr nevedel vysvetliť triplety a multiplety.

Michael Faraday - predpovedal existenciu elektrónu
Robert Boyle - zistil, že všetky prvky sa skladajú z atómov - zakladateľ korpuskulárnej teórie(teória čiastočiek)