ატომის აღნაგობა

დღეისათვის ცნობილია 118 ქიმიური ელემენტი, რომლებიც განლაგებულია პერიოდულ სისტემაში. 1869 წლის 1 მარტი არის პეროიდულობის კანონის აღმოჩენის და პერიოდული სისტემის შექმნის თარიღი. მენდელეევის მიერ ჩამოყალიბებული პერიოდულობის კანონის თანახმად: მარტივ ნივთიერებათა თვისებები, აგრეთვე ელემენტთა ნაერთთა ფორმები და თვისებები პერიოდულ დამოკიდებულებაში იმყოფებიან ელემენტთა ატომური წონის სიდიდესთან. მენდელეევმა ელემენტთა კლასიფიკაციას საფუძვლად დაუდო ფარდობითი ატომური მასა. იმ დროს ჯერ კიდევ არ იყო ცნობილი ატომის აღნაგობა, ატომი კიდევ განუყოფელ ნაწილაკად მიაჩნდათ. მიუხედავად ამისა მენდელეევმა დაუშვა რამდენიმე გამონაკლისი, მაგ , K და  Ca, მათი მასები 39-40. მან ეს ელემენტები არა ატომური მასების შესაბამისად, არამედ მათი თვისებების გათვალისწინებით განალაგა პერიოდულ სისტემაში. ატომის აღნაგობის შესწავლის შემდეგ აღმოჩნდა, რომ მენდელეევი სწორად მოიქცა. პერიოდულობის კანონის თანამედროვე განმარტება კი ასეთია: რომ ელემენტთა თვისებები პერიოდულ დამოკიდებულებაშია ელემენტის ბირთვის მუხტის სიდიდესთან. პეროდული სისტემის უჯრაში მოცემულია ინფორმაცია ელემენტის შესახებ (რიგითი ნომერი, გარდობითი ატომური მასა).

ჩვენ ვიცით, რომ ქიმიური რეაქციის დროს ატომები არ იცვლება, არამედ ხდება მათი გადაჯგუფება.

მაინც რისგან შედგება ატომი?

XIX საუკუნის ბოლომდე ატომები განუყოფელად ითვლებოდნენ. მრავალი ექსპერიმენტი, რომლებიც იმ პერიოდში ტარდებოდა მიანიშნებდა ატომის რთულ შედგენილობაზე.

1903 წელს ინგლისელმა მეცნიერმა ჟოზეფ ჯონ ტომსონმა წამოაყენა ატომის აღნაგობის  ატომის აღნაგობის ე.წ. სტატიკური ანუ ელექტრონულ-იონური თეორია. ამ თეორიის თანახმად, ატომი შედგება დადებითად დამუხტული სფეროსაგან, რომელშიც „ჩაწინწკლულია“ ელექტრონები. მან ატომი ქიშმიშიან ფუნთუშას შეადარა. ელექტრონები ასრულებენ რხევით მოძრაობას, ამიტომაც სტატიკური თეორია ეწოდება. (ელექტრონი აღმოაჩინა ტომსონმა)

მაგრამ, უკვე 1911 წელს ცნობილმა ინგლისელმა მეცნიერმა ერნესტ რეზერფორდმადაასაბუთა ატომის აღნაგობის დინამიკური თეორია. ის აკვირდებოდა თხელ მეტალურ ფირფიტაში α - ნაწილაკების განბნევის სახელწოდებით. რეზერფორდმა α - ნაწილაკების განბნევის ასახსნელად გამოიყენა ატომის აგებულების პლანეტარული მოდელი , რომლის თანახმადაც:

1   1. ატომი შედგება დადებითად დამუხტული გულისაგან. გულში თავმოყრილია ატომის თითქმის მთელი მასა.
2.  გულის გარშემო მოძრაობენ ელექტრონები e^-, რომლებიც ქმნიან ელექტრონულ ღრუბელს.

მთელი ატომის ზომა (დიამეტრი) 10^-10 მ-მდეა, გულის ზომა 10^-15 მ-ის ტოლია, ე.ი. ზომით ატომგული 100 000 ჯერ მცირეა ატომზე. ამიტომ α - ნაწილაკების უმრავლესობა მეტალური ფორფიტის ატომებს შორის მიფრინავს, მათი გულისაგან დიდ მანძილზე და არ გადაიხრებიან თავისი გზიდან, ხოლო ნაწილაკების მცირე ნაწილი კი გაივლის გულთან ახლოს, რის შედეგადაც აღიძვრება განზიდვის ძალები და ნაწილაკები გადაიხრებიან საწყისი მიმართულებიდან. ცალკეული ნაწილაკები კი უახლოვდებიან გულს საკმაოდ მცირე მანძილზე და გადაიხრებიან კიდევ უფრო მკვეთრად იმავე ძალების მოქმედებით.

ატომის აღნაგობის პლანეტარული მოდელი განიცდიდა შემდეგომ განვითარებას.

ატომი არის ელექტრონეიტრალური ნაწილაკი, რომელიც შედგება დადებითად დამუხტული ბირთვისაგან, რომლის გარშემო განუწყვეტლივ მოძრაობენ ელექტრონები. ბირთვის გარშემო ელექტრონების მოძრაობა მზის გარშემო პლანეტების მოძრაობას შეადარა და ამიტომ რეზერფორდის მოდელს პლანეტარული ეწოდება.

რეზერფორდის მოდელი თვალსაჩინო, მაგრამ არაზუსტი აღმოჩნდა. იგი ვერ ხსნიდა ატომის მდგრადობას. (რეზერფორდმა აღმოაჩინა პროტონი)

რატომ არ მცირდება ატომბირთვის გარშემო მოძრაობისას ელექტრონის ენერგია და რატომ არ ეცემა ელექტრონი ბირთვს?

ატომის აღნაგობის პლანეტარული მოდელი განიცდიდა შემდგომ განვითარება. ამ პრობლემის გადაწყვეტა რეზერფორდის სტუდენტმა 24 წლის ნილს ბორმა სცადა. რეზერფორდის მოდელის დასაზუსტებლად მან 1913 წელს ორი პოსტულატიშემოიტანა:

1. ატომბირთვის გარშემო ელექტრონები არა ნებისმიერ, არამედ მხოლოდ განსაზღვრულ ორბიტებზე მოძრაობენ. ამ დროს ატომი არც შთანთქავს და არც გამოასხივებს ენერგიას. რაც უფრო ახლოა ელექტონი ბირთვთან, მით უფრო ძლიერად იზიდავს მას პროტონები და მით უფრო მცირეა მისი ენერგია. ბირთვიდან დაშორებულ ორბიტებზე ელექტრონის ენერგია იზრდება. ასე ახსნა ბორმა ატომის მდგრადობა.
2.  ენერგიის შთანთქმა/გამოსხივება მხოლოდ ელექტრონის ერთი ორბიტიდან მეორეზე გადასვლისას  განსაზღვრული ულუფებით - კვანტებით ხდება.

ატომში ელექტრონების ქცევის შედარებით ზუსტი აღწერა შესაძლებელია კვანტური მექანიკით. ამრიგად ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვის გარშემო ენერგეტიკულ დონეებზე, ენერგეტიკული დონე შედგება ქვედონეებისაგან, ქვედონე კი ორბიტალებისაგან.