อะตอม ว่ากันว่าในช่วงศตวรรษที่ 20 มนุษย์ควบคุมพลังของอะตอม เราทำระเบิดปรมาณูและสร้างกระแสไฟฟ้าด้วยพลังงานนิวเคลียร์ เรายังแยกอะตอมออกเป็นชิ้นเล็กๆ เรียกว่าอนุภาคย่อยของอะตอม แต่อะตอมคืออะไรกันแน่ มันทำมาจากอะไร มันดูเหมือนอะไร การแสวงหาโครงสร้างของอะตอมได้แต่งงานกับเคมีและฟิสิกส์ในหลายๆด้าน ซึ่งอาจเป็นหนึ่งในผลงานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดอย่างหนึ่งของวิทยาศาสตร์สมัยใหม่
ในบทความนี้เราจะติดตามเรื่องราวที่น่าสนใจว่า การค้นพบในสาขาวิทยาศาสตร์ต่างๆ ทำให้เกิดมุมมองที่ทันสมัยของเราได้อย่างไร เราจะดูผลที่ตามมาของการรู้โครงสร้างของอะตอม และโครงสร้างนี้จะนำไปสู่เทคโนโลยีใหม่ได้อย่างไร อะตอมคืออะไร มรดกของสมัยโบราณตลอดศตวรรษที่ 19 มุมมองสมัยใหม่เกี่ยวกับอะตอมมาจากสาขาเคมีและฟิสิกส์มากมาย
แนวคิดเรื่องอะตอมมาจากวิทยาศาสตร์ ปรัชญากรีกโบราณและจากผลลัพธ์ของเคมีในศตวรรษที่ 18 และ 19 แนวคิดของอะตอม ตั้งแต่ชาวกรีกโบราณจนถึงทุกวันนี้ เราได้ไตร่ตรองว่าสสารธรรมดาทำมาจากอะไร เพื่อทำความเข้าใจปัญหา นี่คือตัวอย่างง่ายๆจากหนังสือชื่อ The Extraordinary Chemistry of Ordinary Things,3rd Edition
โดยCarl H. Snyder นำคลิปหนีบกระดาษกองหนึ่ง ขนาดและสีเดียวกันทั้งหมด แบ่งกองออกเป็น 2 กองเท่าๆกัน แบ่งกองเล็กๆแต่ละกองออกเป็น 2 กองเท่าๆกัน ทำซ้ำขั้นตอนที่ 3 จนกว่าคุณจะลงไปกองที่มีคลิปหนีบกระดาษเพียงอันเดียว คลิปหนีบกระดาษอันนั้นยังคงทำหน้าที่เหมือนคลิปหนีบกระดาษ เช่น หนีบกระดาษหลวมๆเข้าด้วยกัน ตอนนี้ใช้กรรไกรตัดคลิปหนีบกระดาษครึ่งหนึ่ง
คลิปหนีบกระดาษครึ่งหนึ่งสามารถทำงานเดียวกันกับคลิปหนีบกระดาษอันเดียวได้หรือไม่ หากคุณทำสิ่งเดียวกันกับองค์ประกอบใดๆ คุณจะไปถึงส่วนที่แยกไม่ออกซึ่งมีคุณสมบัติขององค์ประกอบเหมือนกัน เช่น คลิปหนีบกระดาษอันเดียว ส่วนที่แบ่งแยกไม่ได้นี้เรียกว่าอะตอม ความคิดเกี่ยวกับอะตอมถูกคิดค้นขึ้นครั้งแรกโดยดิมอคริตัส ในปี 530 ก่อนคริสตกาล
ในปี 1808 ครูและนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษชื่อจอห์น ดอลตัน ได้เสนอทฤษฎีอะตอมสมัยใหม่ ทฤษฎีอะตอมสมัยใหม่กล่าวถึงสิ่งต่อไปนี้ ทุกองค์ประกอบทำจากอะตอม กองคลิปหนีบกระดาษ อะตอม ทั้งหมดของธาตุใดๆจะเหมือนกัน คลิปหนีบกระดาษทั้งหมดในกองมีขนาดและสีเหมือนกัน อะตอมของธาตุต่างๆมีความแตกต่างกัน ขนาด คุณสมบัติคลิปหนีบกระดาษที่มีขนาดและสีต่างกัน
อะตอมของธาตุต่างๆสามารถรวมกันเป็นสารประกอบ คุณสามารถเชื่อมโยงคลิปหนีบกระดาษขนาดและสีต่างๆ เข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างใหม่ ในปฏิกิริยาเคมีอะตอมจะไม่ถูกสร้าง ทำลายหรือเปลี่ยนแปลง ไม่มีคลิปหนีบกระดาษใหม่ปรากฏขึ้น ไม่มีคลิปหนีบกระดาษสูญหาย และไม่มีคลิปหนีบกระดาษเปลี่ยนจากขนาดหรือสีหนึ่งไปเป็นอีกสีหนึ่ง
ในสารประกอบใดๆจำนวนและชนิดของอะตอมยังคงเหมือนเดิม จำนวนและประเภทของคลิปหนีบกระดาษทั้งหมดที่คุณเริ่มต้น ซึ่งจะเหมือนกับเมื่อคุณทำเสร็จ ทฤษฎีอะตอมของดาลตันเป็นรากฐานของวิชาเคมีในเวลานั้น ดาลตันมองเห็นอะตอมเป็นทรงกลมเล็กๆที่มีตะขอเกี่ยวอยู่ ด้วยตะขอเหล่านี้อะตอมหนึ่งสามารถรวมกันกับอีกอะตอมหนึ่งได้ในสัดส่วนที่แน่นอน
แต่องค์ประกอบบางอย่างสามารถรวมกัน เพื่อสร้างสารประกอบต่างๆได้ เช่น ไฮโดรเจนรวมกับออกซิเจนสามารถสร้างน้ำ หรือไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้ ดังนั้น เขาจึงไม่สามารถพูดอะไรเกี่ยวกับจำนวนของแต่ละอะตอมในโมเลกุลของสารเฉพาะ น้ำมีออกซิเจนหนึ่งตัวกับไฮโดรเจน 1 ตัวหรือออกซิเจนหนึ่งตัวที่มีไฮโดรเจน 2 ตัวหรือไม่
ประเด็นนี้ได้รับการแก้ไขเมื่อนักเคมีค้นพบวิธีการชั่งน้ำหนักอะตอม อะตอมมีน้ำหนักเท่าไหร่ ความสามารถในการชั่งน้ำหนักอะตอม เกิดจากการสังเกตของนักเคมีชาวอิตาลีชื่ออาเมเดโอ อาโวกาโดร อาโวกาโดรทำงานกับก๊าซ ไนโตรเจน ไฮโดรเจน ออกซิเจน คลอรีนและสังเกตเห็นว่าเมื่ออุณหภูมิและความดันเท่ากัน ก๊าซเหล่านี้จะรวมกันในอัตราส่วนปริมาตรที่แน่นอน
ตัวอย่างเช่นไนโตรเจน 1 ลิตรรวมกับไฮโดรเจนสามลิตรเพื่อสร้างแอมโมเนีย NH 3 ไฮโดรเจน 1 ลิตรรวมกับคลอรีนหนึ่งลิตรเพื่อสร้างไฮโดรเจนคลอไรด์ HCl อาโวกาโดรกล่าวว่าที่อุณหภูมิและความดันเท่ากัน ก๊าซที่มีปริมาตรเท่ากันจะมีจำนวนโมเลกุลเท่ากัน ดังนั้น โดยการชั่งน้ำหนักปริมาตรของก๊าซ เขาสามารถกำหนดอัตราส่วนของมวลอะตอมได้
ตัวอย่างเช่น ออกซิเจนหนึ่งลิตรมีน้ำหนักมากกว่าไฮโดรเจน 1 ลิตรถึง 16 เท่า ดังนั้นอะตอมจะต้องมีมวลเป็น 16 เท่าของมวล ซึ่งประเภทนี้ส่งผลให้มีมาตราส่วน มวลสัมพัทธ์สำหรับองค์ประกอบที่องค์ประกอบทั้งหมดเกี่ยวข้องกับคาร์บอน เลือกเป็นมาตรฐาน -12 เมื่อทำมาตราส่วนมวลสัมพัทธ์แล้ว การทดลองต่อมาสามารถเชื่อมโยงมวลในหน่วยกรัม ของสารกับจำนวนอะตอมและพบหน่วยมวลอะตอม 1 หรือดอลตันเท่ากับ 1.66 x 10 -24 กรัม
ในเวลานี้นักเคมีรู้ถึงมวลอะตอมของธาตุ และคุณสมบัติทางเคมีของธาตุ แล้วเกิดปรากฏการณ์ที่น่าอัศจรรย์ขึ้นที่พวกมัน คุณสมบัติขององค์ประกอบแสดงรูปแบบที่ซ้ำกัน ในช่วงเวลาที่มีการค้นพบมวลอะตอม นักเคมีชาวรัสเซียชื่อดิมิทรี เมนเดเลเยฟกำลังเขียนตำราเรียนสำหรับหนังสือของเขา เขาเริ่มจัดระเบียบองค์ประกอบในแง่ของคุณสมบัติ โดยการวางองค์ประกอบและมวลอะตอมที่เพิ่งค้นพบในการ์ด
เขาจัดเรียงธาตุโดยการเพิ่มมวลอะตอม รวมถึงสังเกตเห็นว่าธาตุที่มีสมบัติคล้ายคลึงกัน ปรากฏขึ้นในช่วงเวลาหรือคาบเวลาปกติ ตารางของเมนเดเลเยฟมีปัญหา 2 ประการ มีช่องว่างบางอย่างในตารางธาตุของเขา เมื่อจัดกลุ่มตามคุณสมบัติ ธาตุส่วนใหญ่มีมวลอะตอมเพิ่มขึ้น แต่บางส่วนไม่เป็นระเบียบ เพื่ออธิบายช่องว่างเมนเดเลเยฟกล่าวว่าช่องว่างเกิดจากองค์ประกอบที่ยังไม่ได้ค้นพบ
ในความเป็นจริง ตารางของเขาทำนายการมีอยู่ของแกลเลียมและเจอร์เมเนียมได้สำเร็จ ซึ่งถูกค้นพบในภายหลัง อย่างไรก็ตาม เมนเดเลเยฟไม่สามารถอธิบายได้ว่า เหตุใดองค์ประกอบบางอย่างจึงไม่เป็นระเบียบหรือเหตุใดองค์ประกอบจึงควรแสดงพฤติกรรมเป็นระยะเช่นนี้ เรื่องนี้คงต้องรอจนกว่าเราจะรู้เกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอม
บทความที่น่าสนใจ : ดักลาสซี-47 ให้ความรู้เกี่ยวกับเครื่องบินดักลาสซี-47 และมาร์ตินบี-10
