Atom adalah unit asas bahan dan struktur unsur yang menentukan. Istilah "atom" berasal dari perkataan Yunani untuk tidak dapat dipisahkan, kerana ia pernah dianggap bahawa atom adalah benda terkecil di alam semesta dan tidak boleh dibahagikan. Sekarang kita tahu bahawa atom terdiri daripada tiga zarah: proton, neutron dan elektron - yang terdiri daripada zarah yang lebih kecil, seperti kuark.
Atom dicipta selepas Big Bang 13.7 bilion tahun lalu. Ketika alam semesta panas yang padat dan sejuk, keadaan menjadi sesuai untuk quark dan elektron membentuk. Quarks berkumpul untuk membentuk proton dan neutron, dan zarah-zarah ini digabungkan menjadi nukleus. Ini semua berlaku dalam beberapa minit pertama kewujudan alam semesta, menurut CERN.
Ia mengambil 380,000 tahun untuk alam semesta untuk menyejukkan cukup untuk melambatkan elektron supaya nukleus dapat menangkap mereka untuk membentuk atom pertama. Atom terawal adalah terutamanya hidrogen dan helium, yang masih merupakan elemen paling banyak di alam semesta, menurut Jefferson Lab. Gravity akhirnya mengakibatkan awan gas untuk menyatukan dan membentuk bintang, dan atom yang lebih berat (dan masih) dicipta di dalam bintang-bintang dan dihantar ke seluruh alam semesta apabila bintang meletup (supernova).
Zarah atom
Proton dan neutron adalah lebih berat daripada elektron dan berada di dalam nukleus di pusat atom. Elektron sangat ringan dan wujud di awan yang mengorbit nukleus. Awan elektron mempunyai radius 10,000 kali lebih besar daripada nukleus, menurut Makmal Kebangsaan Los Alamos.
Proton dan neutron mempunyai kira-kira jisim yang sama. Walau bagaimanapun, satu proton kira-kira 1,835 kali lebih besar daripada elektron. Atom sentiasa mempunyai bilangan proton dan elektron yang sama, dan jumlah proton dan neutron biasanya sama. Menambah proton pada atom membuat elemen baru, sambil menambah neutron menjadikan isotop, atau versi yang lebih berat, atom itu.
Nucleus
Nukleus ditemui pada tahun 1911 oleh Ernest Rutherford, ahli fizik dari New Zealand. Pada tahun 1920, Rutherford mencadangkan nama proton untuk zarah-zarah bercas positif atom. Beliau juga berteori bahawa terdapat zarah neutral dalam nukleus, yang James Chadwick, ahli fizik British dan pelajar Rutherford, dapat mengesahkan pada tahun 1932.
Hampir semua jisim atom berada dalam nukleusnya, menurut Chemistry LibreTexts. Proton dan neutron yang membentuk nukleus adalah kira-kira jisim yang sama (proton sedikit kurang) dan mempunyai momentum sudut yang sama, atau putaran.
Nukleus dipegang bersama oleh kekuatan yang kuat, salah satu dari empat daya asas dalam alam semula jadi. Kekuatan ini di antara proton dan neutron mengatasi kuasa elektrik yang menjijikkan yang akan memaksa proton terpisah, mengikut peraturan elektrik. Sesetengah nukleus atom tidak stabil kerana daya mengikat berbeza untuk atom berbeza berdasarkan saiz nukleus. Atom-atom tersebut kemudian akan mereput ke dalam unsur-unsur lain, seperti karbon-14 yang mereput ke dalam nitrogen-14.
Proton
Proton adalah zarah bercas positif yang terdapat di dalam nukleus atom. Rutherford menemui mereka dalam eksperimen dengan tiub sinar katod yang dijalankan antara 1911 dan 1919. Proton adalah kira-kira 99.86% sebagai neutron besar.
Bilangan proton dalam atom adalah unik untuk setiap elemen. Sebagai contoh, atom karbon mempunyai enam proton, atom hidrogen mempunyai satu dan atom oksigen mempunyai lapan. Bilangan proton dalam atom disebut sebagai nombor atom unsur tersebut. Bilangan proton juga menentukan tingkah laku kimia elemen. Unsur-unsur disusun dalam Jadual Berkala Unsur-unsur dalam rangka menambah bilangan atom.
Tiga quark membentuk setiap proton - dua "kuark" (setiap satu dengan dua pertiga caj positif) dan satu "bawah" quark (dengan caj negatif satu pertiga) - dan mereka dipegang oleh zarah-zarah subatomik lain yang disebut gluon, yang tidak beramai-ramai.
Elektron
Elektron adalah kecil berbanding dengan proton dan neutron, melebihi 1,800 kali lebih kecil daripada sama ada proton atau neutron. Elektron kira-kira 0.054% sebagai neutron besar, menurut Jefferson Lab.
Joseph John (J.J.) Thomson, seorang ahli fizik British, menemui elektron pada tahun 1897, menurut Institut Sejarah Sains. Pada asalnya dikenali sebagai "corpuscles," elektron mempunyai muatan negatif dan secara elektrik tertarik kepada proton bermuatan positif. Elektron mengelilingi nukleus atom dalam jalur yang dipanggil orbit, idea yang dikemukakan oleh Erwin Schrödinger, ahli fizik Austria, pada tahun 1920-an. Hari ini, model ini dikenali sebagai model kuantum atau model awan elektron. Orbital dalaman yang mengelilingi atom adalah sfera tetapi orbital luar lebih rumit.
Konfigurasi elektron atom merujuk kepada lokasi elektron dalam atom biasa. Menggunakan konfigurasi elektron dan prinsip fizik, ahli kimia boleh meramalkan sifat atom, seperti kestabilan, titik didih dan kekonduksian, menurut Makmal Kebangsaan Los Alamos.
Neutrons
Kehidupan neutron telah ditakrifkan oleh Rutherford pada tahun 1920 dan ditemui oleh Chadwick pada tahun 1932, menurut American Physical Society. Neutrons ditemui semasa eksperimen apabila atom ditembak di lembaran berilium nipis. Zarah-zarah subatomik tanpa caj dikeluarkan - neutron.
Neutron adalah zarah yang tidak dijumpai yang terdapat dalam semua nukleus atom (kecuali hidrogen). Jisim neutron sedikit lebih besar daripada proton. Seperti proton, neutron juga dibuat daripada kuark - quark satu "up" (dengan bayaran 2/3 yang positif) dan dua "bawah" kuark (masing-masing dengan caj satu pertiga negatif).
Sejarah atom
Teori atom berketul sekurang-kurangnya sejauh 440 B.C. kepada Democritus, ahli sains dan ahli falsafah Yunani. Democritus kemungkinan besar membina teori-teorinya mengenai kerja-kerja ahli falsafah masa lalu, menurut Andrew G. Van Melsen, pengarang "Dari Atomos ke Atom: Sejarah Konsep Atom" (Duquesne University Press, 1952).
Penjelasan Democritus mengenai atom bermula dengan batu. Potongan batu pada separuh memberikan dua bahagian batu yang sama. Sekiranya batu tersebut akan dipotong secara berterusan, pada suatu ketika akan ada sepotong batu yang cukup kecil sehingga tidak dapat lagi dipotong. Istilah "atom" berasal dari perkataan Yunani untuk tidak dapat dipisahkan, yang Democritus menyimpulkan mestilah titik di mana suatu makhluk (sebarang bentuk materi) tidak dapat dibahagikan lagi.
Penjelasannya termasuk idea-idea bahawa atom wujud secara berasingan dari satu sama lain, bahawa terdapat jumlah atom yang tak terhingga, bahawa atom dapat bergerak, sehingga mereka dapat menggabungkan bersama untuk menghasilkan materi tetapi tidak bergabung menjadi atom baru, dan mereka tidak boleh dibahagikan, menurut Universe Today. Walau bagaimanapun, kerana kebanyakan ahli falsafah pada masa itu - terutamanya Aristotle yang sangat berpengaruh - percaya bahawa semua perkara dicipta dari bumi, udara, api dan air, teori atom Democritus telah diketepikan.
John Dalton, ahli kimia British, dibina di atas ide-ide Democritus pada tahun 1803 apabila dia mengemukakan teori atom sendiri, menurut jabatan kimia di Universiti Purdue. Teori Dalton termasuk beberapa idea dari Democritus, seperti atom-atom yang tidak dapat terbagi dan tidak dapat dihancurkan dan atom-atom yang berlainan membentuk bersama untuk menghasilkan semua perkara. Penambahan Dalton kepada teori ini termasuk idea-idea berikut: Bahawa semua atom unsur tertentu adalah serupa, bahawa atom-atom dari satu elemen akan mempunyai berat dan sifat yang berbeza daripada atom unsur lain, bahawa atom tidak boleh diciptakan atau dimusnahkan dan masalah itu dibentuk oleh atom menggabungkan dalam jumlah keseluruhan yang mudah.
Thomson, ahli fizik British yang menemui elektron pada tahun 1897, membuktikan bahawa atom boleh dibahagikan, menurut Yayasan Warisan Kimia. Dia dapat menentukan kewujudan elektron dengan mengkaji sifat-sifat pelepasan elektrik dalam tiub sinar katod. Menurut kertas Thomson pada tahun 1897, sinar-sinar itu dibelokkan di dalam tiub, yang membuktikan ada sesuatu yang negatif di dalam tiub vakum. Pada tahun 1899, Thomson menyiarkan penerangan versi atomnya, yang dikenali sebagai "model puding plum." Petikan dari kertas ini ditemui di tapak Team Chem. Model Thomson atom termasuk sebilangan besar elektron yang digantung dalam sesuatu yang menghasilkan caj positif yang memberi atom suatu caj netral secara keseluruhan. Modelnya menyerupai puding plum, pencuci mulut Inggeris yang popular yang mempunyai kismis yang digantung dalam bola sepak seperti bola.
Ahli sains seterusnya untuk mengubahsuai dan memajukan model atom ialah Rutherford, yang belajar di bawah Thomson, menurut jabatan kimia di Universiti Purdue. Pada tahun 1911, Rutherford menerbitkan versi atomnya, yang termasuk nukleus bercas positif yang mengorbit dengan elektron. Model ini timbul ketika Rutherford dan pembantunya melepaskan zarah alfa pada lembaran nipis emas. Zarah alfa terdiri daripada dua proton dan dua neutron, semuanya disatukan oleh kuasa nuklear yang kuat yang mengikat nukleus, menurut Jefferson Lab.
Para saintis menyedari bahawa sebilangan kecil zarah alfa tersebar di sudut yang sangat besar ke arah asal usul sementara majoriti yang dilalui tidak dapat diganggu. Rutherford mampu mengukur saiz nukleus atom emas, mendapati ia sekurang-kurangnya 10,000 kali lebih kecil daripada saiz seluruh atom dengan banyak atom yang ruang kosong. Model Rutherford pada atom masih merupakan model asas yang digunakan hari ini.
Beberapa saintis lain meneruskan model atom, termasuk Niels Bohr (dibina atas model Rutherford untuk memasukkan sifat-sifat elektron berdasarkan spektrum hidrogen), Erwin Schrödinger (mengembangkan model kuantum atom), Werner Heisenberg (menyatakan bahawa seseorang tidak dapat mengetahui kedua-dua kedudukan dan halaju elektron pada masa yang sama), dan Murray Gell-Mann dan George Zweig (secara bebas mengembangkan teori bahawa proton dan neutron terdiri daripada kuark).
