اتم چيست ؟
اتم چيست ؟
مهندس محمدجعفر شفیعی
همه چيز در جهان ، از باكتريهاي ذره بيني و ويروس هايي كه از ميكرون (Micron ، يك هزارم ميليمتر ) كوچكترند ، تا ستارگان و كهكشان هايي كه ميليون ها كيلومتر از ما دورند ، از اتم ساخته شده اند . اتم ها آن قدر ريزند كه با نيرومند ترين ميكروسكوپ ها نيز ديده نمي شوند . در سر يك سنجاق 000/000/000/000/000/000 /55 اتم وجود دارد ، اگر بتوانيم سرسنجاق را به اندازه ي يكي از عظيم ترين بناها بزرگ كنيم ، هر اتم آن مثل مگسي خواهد بود ، كه روي يكي از ستون ها بخزد .
اتم ها هم از تركيب سه ذره ي اصلي به نام هاي الكترون (Electron )، پروتون (Proton ) و نوترون (Noutron ) ساخته شده است . الكترون واحد الكتريسته ي منفي ، پروتون واحد الكتريسته مثبت ، و نوترون از لحاظ الكتريكي خنثي است. تركيب هاي مختلف ذرات اصلي ، اتم هاي متفاوتي را به وجود مي آورند . هر جسمي كه از تعداد اتم هاي همجنس جدا شود ، عنصر يا جسم ساده ناميده مي شود .
تا كنون درجهان 109 عنصر شناخته شده است كربن ، اكسيژن ، آهن و زيبق (جيوه ) نمونه هايي از عناصرند كه از يك نوع اتم ساخته شده اند . اجسام مركب موادي هستند كه از دو نوع اتم يا بيشتر ساخته شده اند . آب ، گازكربينيك ،كولروفورم ، نمك طعام و آموكيان نيز از مركباتند .
درون اتم :
پروتون ها با هم هسته ي اتم را مي سازند . الكترون ها روي مداري به دور هسته مي چرخند . اتم گاز هيدروژن كه ساده ترين اتم هاست تنها يك الكترون دارد و هسته ي آن نيز فقط يك پروتون است . اتم هليوم Helium گازي كه پيش از اين براي پركردن كشتيهاي هوايي به كار مي رفت ، ساختماني پيچيده تر دارد . اين اتم شامل دو الكترون در مدار و هسته اي مركب از 2 پروتون و2 نوترون است . اتم كربن كه جزء اصلي زغال و مواد معمولي است ، باز هم ساختمان پيچيده تري دارد . اين اتم از 6 الكترون به دور هسته اي مركب از 6 پروتون و 6 نوترون درست شده است . اتم هاي ديگر بازهم پيچيده ترند . اتم پلاتين (طلاي سفيد ) فلز گرانبهايي كه براي ساختن گوهر و ابزار الكتريكي به كار مي رود ، داراي 78 الكترون در مدار است . اين الكترون ها در 6 پوسته ، به دور هسته اي كه مركب از 195 پروتون و نوترون مي چرخند . كاليفرنيوم Calfornium يكي ازعناصري كه اخير كشف شده . اتمي با 98 الكترون در پومنته دارد و هسته اش شامل 248 پرتون و نوترون است .
تاريخچه اتم :
اين عقيده كه اتم ها اجزاي سازنده ي جهان هستند فكر تازه اي نيست . بيش از دو هزار سال پيش دموكريت Democritus فيلسوف يوناني اين نظريه را پيش كشيد كه جهان از ذرات بسيار ريز فناناپذير ساخته شده اند . اما تا سده ي نوزدهم به اين نظريه توجهي شد . در آغاز قرن گذشته جان دالتون دانشمند انگليسي ، درباره ي ساختمان اتم ، بر پايه ي دانش امروزي نظريه اي ابراز كرد . وي عقيده داشت كه هرعنصري از اتم نوع خاص خود را دارد و همه ي اتم هاي يك عنصر يك نوعند . اين نظريه كم و بيش تا به امروز حفظ شده است . آگاهي امروزي ما از اتم در نتيجه ي كار همراه با شكيبايي پيشراهان قرن بيستم ، يعني نيلز بوهردانماركي ، تامسن ، واترفورد ، چدويك انگليسي ، هايزنبرگ آلماني ، ماري كوري و پيركوري فرانسوي و چندين نفر ديگر بدست آمده است . از هنگامي كه دانشمندان به راز « شكستن اتم » پي بردند و به ساختمان و طرزكار اتم آگاه شدند ، در اتم ، علاوه بر الكترون ، پروتون و نوترون ، ذرات ديگري چون پوزتيرون Positron و مزون Meson نيز كشف شد . پوزتيرون در اندازه شبيه الكترون است ولي داراي الكتريسته ي مثبت . مزون بزرگتر از الكترون است و مي تواند مثبت ، منفي يا خنثي باشد .
انرژي و انواع آن :
انرژي توانايي كردن كار است . كار وقتي انجام مي شود كه فعاليت وجود داشته باشد . امواج دريا ، كشتيها ، لوكوموتيوها ، ورزشكاران ، مولكول هاي اتم ها هنگامي كه در حركتند نمونه اي از فعاليتند . ما اكنون مي دانيم كه گرما شكلي از انرژي است زيرا گرما واقعاً لرزش يا حركت اتم ها است . انرژي به اشكال ديگري نيز وجود دارد . انرژي هاي الكتريكي ، نوراني ، مكانيكي ، شيميايي و چندين انرژي ديگر . اين ها شكل هاي مختلف اتم يا گروهي از اتم و يا قسمت هايي از اتم هستند كه در حركتند . انرژي را موقعي كه كار واقعاً در حال انجام باشد ، انرژي جنبشي يا انرژي سينيتيك (Cinetique ) مي نامند . هواپيماي در حال پرواز و يا ورزشكار در حال دو ، نمونه هايي از انرژي جنبشي هستند . انرژي آماده براي كار را انرژي ذخيره اي (پتانسيل Potential ) مي نامند .يك ليتر بنزين در يك اتومبيل ويا زيرزميني پراز زغال سنگ ، نمونه هايي از انرژي پتانسيل هستند و وقتي بنزين به وسيله ي موتور اتومبيل مصرف مي شود ، انرژي پتانسيل به انرژي سينيتيك حركت ماشين به روي جاده تبديل مي شود و اتومبيل در حركت ام ، انرژي سينتيك ميليون ها در ميليون ها اتم است كه همه در يك جهت فضا پيش مي روند .
انرژي عبارتنداز : شيميايي ، گرمايي ، مكانيكي الكتريكي ، نوراني ، صوتي ، پتانسيل ، جنبشي ، هسته اي و سينيتيك .
جالب ترين اين ذرات نوترينوNeutrion است . كه چند سال پيش كشف شد . تصور مي شود نوكرنيد كوچكترين ذره ي ماده است ، كه مي تواند احتمالاً وجود داشته باشد . جرياني ازآن ها مي تواند از ميان پوسته ي زمين ، به خط مستقيم ، از استراليا Australia به انگلستان England سفر كند و در تمام راه بدون اين كه منحرف شود از فضاي بين اتم ها بگذرد . هم اكنون ، اين ها و بسياري از ذرات غير عادي اتمي مورد مطالعه پيگير فيزيكدانان اتمي .
يكي از عجيب ترين حوادث زمان ما كشف وجود ضد پروتون Anti- Proton است . اين ذره اگر به پروتون معمولي برخورد كند ، خودش و آن را نابود مي كند. بسياري از ستاره شناسان عقيده دارند كه در جهان ما ستارگان و مجموعه اي از آن ها وجود دارند كه از ضد ماده Anti- Metter (ضد پروتون ، نوترون ، نوترينو و غيره ) ساخته شده اند .
داستان کشف عنصر«فسفر»
درسال 1669یکی ازکیمیاگران آلمانی به نام هنینگ براندسعی می کرد که ازموادارزان قیمت طلا بسازد .ازآنجاکه طلاراکاملترین فلزات می دانستند کیمیاگران آن رافلزاصیل می نامیدند.براند،استدلال می کرد که هیچ چیزاصیل ترازتن آدمی وموادی که به آن مربوط است نمی باشد .بنابراین ،شایدامکان داشته باشد که چیزهایی که مربوط به تن آدمی است قابل تبدیل به فلزاصیل یعنی طلاباشند.با اين فكر براند كمي پيشاب انسان را با ماسه مخلوط كرد و آن ها را در اجاقي حرارت داد . ما نمي دانيم كه چرا او ماسه را انتخاب كرد ولي اين براي كيمياگران غير معمول نبود . كه چيزهاي عجيب و غريب را با هم مخلوط كنند و حرارت دهند . براند وقتي كه مخلوط عجيب خود را از روي اجاق برداشت و سرد كرد ديد به شدت در تاريكي مي درخشند . البته براند طلا ساخته بود ، ولي ماده اي نرم و سفيد و براق به دست آورده بود . اين ماده در تركيبي كه در پيشاب انسان محلول بود، وجود داشت ولي براند اين را نمي دانست اولين ماده ي درخشان را فسفر ناميد كه كلمه اي است يوناني و به معناي «نوراني و درخشان » مي باشد فسفر يكي از عناصر شد ، زيرا نمي شد آن را به مواد ساده تري تجزيه كرد .