بیگ بنگ: اگر همین الآن در گوگل واژه‌ی “اتم” را سرچ کنید، مشتی تصاویر گرافیکی از مدل سیاره‌ای جلوی شما سبز می شود. مدلی که ساده‌ شده‌ی افراط‌گونه‌ای از ساختار اتم است که شبیه به سیاراتی است که به دور ستاره‌ی مرکزی‌شان میچرخند. اما آیا این ساختار اتمی درست است؟

به گزارش بیگ بنگ، همان‌اندازه که داشتن مدلی ساده برای یادگیری اساس ساختار اتم حائز اهمیت است، باید بدانیم که این مدل اتمی اشتباه است و اگر اتمی وجود داشته باشد که الکترون‌هایش بدین شکل به‌دور هسته میگردند، آن اتم شدیداً در داخل خودش متلاشی میشود و از بین میرود. با وجود اینکه مدل سیاره‌ای یا مدل رادرفورد از ساختار اتم بیش از یک قرن پیش ابداع گردیده، و به سرعت با مدل دیگری که آن‌هم ساختاری ساده بود – یعنی ساختار بور – جایگزین شد، مدل سیاره‌ای در اذهان عمومی باقی مانده و نشانه‌ای از تضعیف اثرش از حافظه‌ها نیست.

همانطور که برنامه SciShow در زیر می بینید، در سال 1913، مدل بور، مدل سیاره‌ای را با آوردن دوایر متحدالمرکز به‌جای مدارهای مارپیچی ناپایدار توسعه داد. این دایره‌ها محدوده‌ی انرژی که الکترون در آن سطح انرژی قرار دارد را نمایش میدهد. اگرچه این مدل را در مدرسه به‌ منظور تفهیم موضوع ظرفیت‌ها زیاد میبینیم، این مدل تمام داستان را نمیگوید – حتی اگر اجازه‌ی استفاده از مدل ساده‌ شده را داشته باشیم.

اولاً، این مدل یک دهه پیش از اکتشاف نوترون‌ ابداع شد، که حضور آن‌ها برای نمایش و توصیف یک اتم بسیار لازم و ضروریست. از طرف دیگر، دست مرموز مکانیک کوانتوم نیز در کار است. مکانیک کوانتوم میگوید که الکترون‌ها الزاماً اصلاً به‌دور هسته نمیگردند. همچنین اصلاً براساس مکانیک کوانتومی، الکترون‌ها در مکان و زمان مشخصی وجود ندارند.

در ویدیو، اولیویا گوردون توضیح میدهد: «در عوض، آنها در یک لحظه در چندین مکان مختلف حضور دارند، داخل ناحیه‌ای بزرگتر. بعد از اندازه‌گیری، الکترون در یکی از مکان‌های داخل ناحیه حضور پیدا میکند.» «این موضوع بیانگر مفهومی عجیب است که با دنیایی که با آن در ارتباطیم متفاوت است. این مکانیک کوانتومی است.» شیوه‌ی دقیق‌تری نیز برای به تصویر کشیدن الکترون، آن‌هم به صورت ساده وجود دارد، و آن رسم ابری الکترونی به‌ دور هسته میباشد. این ابرالکترونی نشان میدهد که یک الکترون درحال حاضر ممکن است در چه مکانی حضور داشته باشد، بدون داشتن مکانی مشخص:

البته مدل بور نیز چیزهایی به ما میگوید. مدل بور، محتمل‌ترین مکان حضور الکترون در هرلحظه‌ است. پس با وجود اینکه مدل ابرالکترونی دقیقترین و ساده‌ترین شیوه برای به‌تصویر کشیدن یک اتم میباشد، باعث بی‌فایده شدن مدل‌های دیگر نمیشود. موضوعی که باعث جذابیت این مدل‌های متفاوت میشود تفاوت در کارکرد آن‌هاست. اگر بخواهید روی پیوند‌های شیمیایی و مکان قرارگیری کلی الکترون‌ها تمرکز کنید، مدل ابرالکترونی به شما کمک میکند. از طرفی مدل بور سطوح انرژی الکترون‌ها و تشعشعات اتم را به‌خوبی توضیح میدهد.

حتی مخوف‌ترین مدل سیاره‌ای اتم نیز میتواند به‌ما پایه‌ی مدارهای الکترونی‌ را آموزش دهد، اما به یاد داشته باشید – حقیقت بسیار جالب‌تر از این تصاویر زیباست، و اگر احیاناً تصویری واقعی از ساختار اتمی میخواهید، به تصویر بالا نگاهی بیاندازید.

ترجمه: بهروز شجاعیان/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: sciencealert.com