مقدمه

نظریه اتمی جدید از کارهای دالتون که نظریه خود را بر مبنای قانون پایستاری جرم و قانون نسبتهای معین قرار داده بود نشات می‌گیرد. دالتون بر مبنای تصور خود قانون سوم درباره ترکیبهای شیمیایی ارائه کرد که ان را قانون نسبتهای اضافی می‌نامند. در نظریه دالتون و نظریه‌های یونانیان اتمها کوچکترین اجزای ماده بودند. در سال 1807 همفری دیوی و در سال 1832 مایکل فارادی از راه برقکافت برخی ترکیبها به ماهیت الکتریکی ماده پی ‌برده بودند.

جرج جانستون بر اساس کار فارادی به ارتباط واحدهای باردار الکتریکی پی‌برد و این واحدهای الکتریکی را الکترون نامید. نخستین شاهد بر وجود ذره‌های ریز اتم با استفاده از لوله‌های پرتو کاتدی بدست آمد. درد و سر این لوله شیشه‌ای دو صفحه الکترود فلزی به نام الکترود وجود دارد. وقتی این الکترودها را در خلا به منبعی با ولتاژ بالا وصل کنیم جریان الکتریکی درون لوله برقرار می‌شود و پرتوهای گسیل می‌یابد. این پرتوها همواره از الکترود منفی (کاتد) به سوی الکترود مثبت (آند) حرکت می‌کنند.

الکترون اتم

در سال 1897 جی جی تامسون فیزیکدان انگلیسی نشان داد که صفحه‌های باردار الکتریکی و همچنین آهنربا ، می‌توانند پرتوی کاتدی را از مسیر مستقیم منحرف کنند. پس ذره‌های تشکیل دهنده پرتوی کاتدی باید بار منفی داشته باشند. این ذره‌های باردار منفی را الکترون نامیدند. تامسون توانست از راه بررس انحراف کاتدی در میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نسبت بار به جرم الکترون را تعیین نماید. این نسبت برابر بار 1.76x10⁶g- می‌باشد. (C) کولن واحد بار الکتریکی در SI است.

یک کولن مقدار باری است که در یک ثانیه از یک نقطه از مدار الکتریکی می‌گذرد در الکترون محاسبه شد. جرم الکترون حدود 1840 مرتبه کوچکتر از جرم اتم هیدروژن می‌باشد. سبک بودن الکترونها وجود ذره‌هایی دیگر در ساختار اتم را نشان می‌دهد. از آنجا که اتم‌ها از نظر الکتریکی خنثی هستند، برای خنثی کردن بار منفی الکترونها ، باید ماده‌ای با بار مثبت در اتم موجود باشد که این ذره‌های مثبت را پروتون نامیدند. تامسون مدل اتمی خود را به شکل کره‌ای فرض کرد که در آن بار مثبت بطور یکنواخت پخش شده است و الکترونها در این کره توزیع شده‌اند.

دانشمندان برای اثبات مدل اتمی تامسون در آزمایش دیگری ، باریکه‌ای از پرتوی آلفای حاصل از یک منبع پرتوزا را روی ورقه بسیار نازکی از طلا تاباندند و مشاهده کردند بیشتر ذره‌های آلفا بدون انحراف از درون ورقه فلزی عبور می‌کنند، تعدادی از آنها منحرف می‌شدند و شمار اندکی به سوی عقب بر می‌گردند. پس فرض بر این شد که هر اتم از دو بخش تشکیل شده است.


الف) یک هسته در مرکز اتم قرار دارد. بیشترین جرم و تمام بار مثبت اتم در هسته متمرکز است.
ب) الکترونها که بیشترین حجم کل اتم را اشغال می‌کنند، خارج هسته هستند و به سرعت دور هسته حرکت می‌کنند.

هسته

پروتون

بار پروتون با بار الکترون برابر است ولی جرم پروتون حدود 1840 مرتبه بیش از جرم الکترون است.

نوترون

برای توجیه جرم کل اتمها ، ارنست رادرفورد در سال 1920 وجود ذراتی بدون بار را در هسته اتم مسلم دانست چون این ذرات بدون بارند تشخیص و تعیین خواص آنها مشکل است. ولی جیمز چادویک نتیجه کاهای خود را درباره اثبات وجود این ذرات که نوترون نامیده می‌شدند، منتشر کرد. نوترون از نظر الکتریکی خنثی و جرم آن اندکی بیشتر از جرم پروتون است که در داخل هسته اتم جای می‌گیرند.

پرتوزایی طبیعی

بعضی اتم‌ها مجموعه ناپایداری از ذرات بنیادی هستند. این اتم‌ها خودبه‌خود پرتوهایی گسیل می‌دارند و به اتمهای دیگر با هویت شیمیایی متفاوت تبدیل می‌شوند. این فرآیند پرتوزایی نامیده می‌شود که توسط‌ هانری بکرل کشف شد. سه نوع پرتو از این مواد با نامهای آلفا (α)، بتا (β) و گاما (δ) گسیل می‌شود.

1. تابش α آلفا: مرکب از دو پروتون و دو نوترون می‌باشد. این ذرات با سرعتی حدود 16000km/S از ماده پرتوزا بیرون می‌جهند.
2. تابش β بتا: مرکب از جریانی از الکترونهاست که تقریبا با سرعت 130000km/s سیر می‌کند.
3. تابش گاما: اصولا صورتی از نور با انرژی زیاد است. این پرتوها بی‌بار و شبیه به پرتوهای ایکس هستند.

سوالات تستی

1.نخستین بار چه کسی به ماهیت الکتریکی ماده پی برد؟

الف)مایکل فارادی	...........................	ب)همفری دیوی
ج)جرج جانستون		د)روبرت میلیکان

2. پرتوی کاتدی نخستین بار برای مشاهده چه امری بکار گرفته شد؟

الف) محاسبه تعداد الکترونها	...................	ب) مشاهده پروتونها
ج) مشاهده الکترونها		د) مشاهده ذرات کوچکتر اتم

3. در لوله پرتوی کاتدی ، پرتوها چگونه گسیل می‌یابند؟

الف) کاتد به آند	...................	ب) آند به کاتد
ج) الکترود مثبت به منفی		د) هیچکدام

4. ذره‌های باردار منفی را چه می‌نامند؟

الف) پروتون	...................	ب) نوترون
ج) الکترون		د) الکترود

5. پرتوهای α در میدان الکتریکی به کدام سمت منحرف می‌شوند؟

الف) قطب منفی	...................	ب) قطب مثبت
ج) بدون انحراف		د) به سوی هر دو قطب

6. اولین بار چه کسی موفق به اندازه گیری بار الکترون شد؟

الف) دالتون	...................	ب) روبرت میلیکان
ج) فارادی		د) تامسون

7. با توجه به اینکه بار الکترون 1.6x10^-19C- و نسبت به جرم آن 1.76x10⁸g/c- است جرم الکترون را محاسبه کنید.

الف) 1.6736x1024g	...................	ب) 1.6022x10-19C
ج) 1.6022x10-19C		د) 1.6736x10-24g

8. جرم کدام یک از همه بیشتر است؟

الف) الکترون	...................	ب) پروتون
ج) نوترون		د) هر سه مساوی

9. نسبت بار به جرم توسط کدام دانشمند اندازه گیری شد؟

الف) فارادی	...................	ب) همفری دیوی
ج) استونی		د) تامسون

10. ذرات بدون بار در هسته اتم را چه می‌نامند؟

الف) پروتون	...................	ب) نوترون
ج) الکترون		د) تابش گاما

جواب تستها
1) ب	2) د	3) الف	4) ج	5) الف
6) ب	7) ب	8) ج	9) د	10) ب

سوال تشریحی

1. چگونه متوجه می‌شویم پرتوی کاتدی دارای بار الکتریکی است؟ (راهنمایی)
   
   
2. تامسون مدل اتمی را به چه چیز تشبیه کرده است و چرا؟(راهنمایی
   
   نویسنده: خانم آزاده جدایی