Ý tưởng rằng tất cả các chất trên thế giới bao gồm các nguyên tử được sinh ra vào thế kỷ thứ 5 trước Công nguyên, khi nhà tư tưởng Hy Lạp cổ đại Democritus cho rằng mọi thứ tồn tại đều bao gồm các hạt chuyển động nhỏ nhất. Người ta chỉ có thể cho rằng, rất có thể, nó không phải là không có ý nghĩa. Trong nhiều thế kỷ sau Democritus, các nguyên tử đã được thu hồi định kỳ, nhưng giả thuyết này không phổ biến trong những thời điểm xa xôi đó. Vào thế kỷ 19, giả thuyết nguyên tử xuất hiện trở lại trên đường chân trời khoa học.
Mô hình cấu trúc nguyên tử
Các nhà khoa học đang tìm kiếm một mô hình có thể mô tả thỏa đáng bức tranh về thế giới thực. Nguyên tử hóa ra là một mô hình rất phù hợp. Mặc dù các nguyên tử không thể nhìn thấy, nhưng bằng cách cho phép chúng tồn tại, các nhà khoa học có thể giải thích những gì chúng quan sát được trong các thí nghiệm và trong tự nhiên.
Các nhà khoa học đã bị thuyết phục về sự tồn tại của các nguyên tử từ lâu trước khi họ có thể chứng minh điều đó. Mô hình đã làm việc, mặc dù không ai có thể chứng minh sự thật của nó. Chẳng hạn, vào đầu thế kỷ 19, nhà khoa học người Anh John Dalton, nghiên cứu định luật về các phản ứng hóa học, đã phát hiện ra rằng hai chất luôn phản ứng hóa học với cùng tỷ lệ không đổi. Ví dụ, sự kết hợp của một phần oxy và hai phần hydro tạo ra nước.
Điều này cho thấy các nguyên tử của một chất, bằng nhau về khối lượng, kết hợp với các nguyên tử của một chất khác (nghĩa là với các nguyên tử có khối lượng khác nhau). Trong trường hợp hình thành nước, một nguyên tử oxy kết hợp với hai nguyên tử hydro.Mô hình nguyên tử đã giúp hiểu chính xác những gì Dalton quan sát được trong các thí nghiệm của mình. Có thêm bằng chứng đơn giản cho sự tồn tại của các nguyên tử.
Nếu bạn nhìn vào kính hiển vi ở các hạt phấn lơ lửng trong nước, bạn có thể thấy rằng chúng tạo ra những chuyển động hỗn loạn. Tại sao? Các nhà khoa học cho rằng điều này có thể là do các hạt phấn hoa va chạm với nhiều nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử mà các nhà khoa học gọi là phân tử (ví dụ, các hạt trong nước va chạm với các phân tử nước).
Một nguyên tử bao gồm những gì?
Các nhà khoa học đồng ý với lý thuyết nguyên tử tin rằng một nguyên tử bao gồm các hạt tích điện nhỏ - dương và âm, khi kết hợp trong một nguyên tử, giống như trong một quả bóng, trung hòa lẫn nhau và làm cho nguyên tử hoàn toàn trung hòa về điện. Nhưng vào năm 1907, nhà vật lý người Anh Ernest Rutherford, với các thí nghiệm của mình, đã chứng minh rằng điều này không hoàn toàn đúng.
Kinh nghiệm của Ruherford
Rutherford bắn phá một lá vàng bằng một chùm hạt tích điện tốc độ cao. Ông tin rằng các hạt sẽ đi qua lá. Một số hạt tích điện dương đã bay qua lá. Và một số không thể làm điều này. Hơn nữa, họ quay trở lại vào phòng thí nghiệm, như thể một lực nào đó ẩn trong giấy bạc đẩy họ ra. Rutherford rất ngạc nhiên. Anh ta nói rằng nó cũng giống như bắt đầu đốt cái nồi trên giấy xơ và đột nhiên thấy cái nồi bay ra khỏi trán của người thợ gốm.
Mô hình nguyên tử hành tinh - Lõi nguyên tử
Các thí nghiệm của Rutherford đã giúp xác nhận giả thuyết nguyên tử và hiểu cách thức nguyên tử hoạt động. Rõ ràng là các hạt dương và âm không được phân bố đều trong nguyên tử. Nếu điều này là như vậy, thì các hạt tích điện dương trong thí nghiệm Rutherford sẽ không bị đẩy lùi với lực như vậy. Do đó, hạt nhân của một nguyên tử không phải là trung tính. Ở giữa nguyên tử có một hạt dày đặc, nghĩa là ở giữa, được gọi là hạt nhân của nguyên tử, là các proton tích điện dương và neutron trung tính.
Ở một khoảng cách đáng kể từ hạt nhân, các hạt tích điện âm - electron - xoay quanh quỹ đạo của nó xung quanh nó. Vì một điện tích dương có giá trị tương đương với một điện tích âm, nên toàn bộ nguyên tử là trung hòa về điện. Nó không mang bất kỳ khoản phí nào.
Nhưng bản thân cốt lõi là sự tập trung của một điện tích dương. Nhiều hạt dương trong thí nghiệm của Rutherford đã bay quá gần hạt nhân tích điện dương của một nguyên tử vàng. Vì các điện tích dương đẩy lẫn nhau, các hạt này bay ngược về phía người thí nghiệm. Điều này thôi thúc ông ý tưởng về cách các nguyên tử thực sự được sắp xếp.
Quark
Proton và neutron là các hạt, mặc dù bản thân chúng nhỏ, được tạo thành từ các hạt nhỏ hơn gọi là quark. Ngày nay, các nhà khoa học tin rằng các proton và neutron được tạo thành từ các hạt nhỏ hơn gọi là quark.
Quark là một mô hình mới giải thích rõ hơn hành vi của các nguyên tử trong thế giới thực. Và giống như các nhà khoa học trước đây đã tìm kiếm bằng chứng thực nghiệm cho sự tồn tại của các nguyên tử, bây giờ họ đang tìm kiếm bằng chứng thực sự về sự tồn tại của quark.