chemistry

อะตอม

คำว่า "อะตอม" (จากคำกริยาในภาษากรีกโบราณว่าatomos, 'แบ่งแยกไม่ได้) ถูกนำมาใช้เรียกอนุภาคพื้นฐานที่ประกอบกันขึ้นเป็นธาตุเคมี เพราะนักเคมีในยุคนั้นเชื่อว่ามันคืออนุภาคมูลฐานของสสาร อย่างไรก็ดี เมื่อเข้าสู่คริสต์ศตวรรษที่ 20 การทดลองจำนวนมากเกี่ยวกับแม่เหล็กไฟฟ้าและสารกัมมันตรังสีทำให้นักฟิสิกส์ค้นพบว่าสิ่งที่เราเรียกว่า "อะตอมซึ่งแบ่งแยกไม่ได้อีก" นั้นที่จริงแล้วยังประกอบไปด้วยอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมอีกจำนวนมาก (ตัวอย่างเช่นอิเล็กตรอน โปรตอน และนิวตรอน) ซึ่งสามารถแยกแยะออกจากกันได้ อันที่จริงแล้วในสภาวะแวดล้อมสุดโต่งดังเช่นดาวนิวตรอนนั้น อุณหภูมิและความดันที่สูงอย่างยิ่งยวดกลับทำให้อะตอมไม่สามารถดำรงอยู่ได้เลยด้วยซ้ำ เมื่อพบว่าแท้จริงแล้วอะตอมยังแบ่งแยกได้ ในภายหลังนักฟิสิกส์จึงคิดค้นคำว่า "อนุภาคมูลฐาน" (elementary particle) เพื่อใช้อธิบายถึงอนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับอนุภาคที่เล็กกว่าอะตอมนี้เรียกว่าฟิสิกส์อนุภาค (particle physics) ซึ่งนักฟิสิกส์ในสาขานี้หวังว่าจะสามารถค้นพบธรรมชาติพื้นฐานที่แท้จริงของอะตอมได้

ปี ค.ศ. 1803 อาจารย์ชาวอังกฤษและนักปรัชญาธรรมชาติจอห์น ดอลตัน(John Dalton) ใช้แนวคิดของอะตอมมาอธิบายว่าทำไมธาตุต่าง ๆ จึงมีปฏิกิริยาเป็นสัดส่วนของจำนวนเต็มเล็กที่สุดเสมอ คือกฎสัดส่วนพหุคูณ(law of multiple proportion) และทำไมก๊าซบางชนิดจึงสลายตัวในน้ำได้ดีกว่าสารละลายอื่น เขาเสนอว่าธาตุแต่ละชนิดประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกันที่ไม่เหมือนใคร และอะตอมเหล่านี้สามารถรวมตัวเข้าด้วยกันได้กลายเป็นสารประกอบทางเคมีสิ่งที่ดอลตันกำลังคำนึงถึงนี้เป็นจุดกำเนิดแรกเริ่มของทฤษฎีอะตอมยุคใหม่

ทฤษฎีเกี่ยวกับอนุภาคอีกทฤษฎีหนึ่ง (ซึ่งเป็นส่วนขยายของทฤษฎีอะตอมด้วย) เกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1827 เมื่อนักพฤกษศาสตร์ โรเบิร์ต บราวน์ใช้กล้องจุลทรรศน์ส่องดูเศษฝุ่นของเมล็ดข้าวที่ลอยอยู่ในน้ำ และพบว่ามันเคลื่อนที่ไปแบบกระจัดกระจายไม่แน่นอน นี่เป็นปรากฏการณ์ที่ต่อมารู้จักกันในชื่อการเคลื่อนที่แบบบราวน์ปี ค.ศ. 1877 J. Desaulx เสนอว่าปรากฏการณ์นี้มีสาเหตุมาจากการเคลื่อนของความร้อนในโมเลกุลน้ำ และในปี ค.ศ. 1905 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ได้คิดค้นการวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์เกี่ยวกับการเคลื่อนที่ขึ้นได้เป็นครั้งแรกนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสฌอง แปร์แรงใช้งานของไอน์สไตน์เพื่อทำการทดลองระบุมวลและขนาดของอะตอม ซึ่งในเวลาต่อมาได้พิสูจน์ทฤษฎีอะตอมของดอลตัน

จากการค้นพบทฤษฎีทางวิทยาศาสตร์ข้างต้น ก่อให้เกิดทฤษฎีอะตอมขึ้นมามากมาย โดยทฤษฎีอะตอมของนักวิทยาศาสตร์แต่ละท่านล้วนพยายามคาดคะเน ทำนายรูปร่างอะตอม และสร้างแบบจำลองอะตอมขึ้นจากทฤษฎีเหล่านั้น

สรุปได้ว่า

คำว่า"อะตอม"เป็นคำซึ่งมาจากภาษากรีกแปลว่าสิ่งที่เล็กที่สุด ซึ่งนักปราชญ์ชาวกรีกโบราณที่ชื่อ ลูซิพปุส(Leucippus) และดิโมคริตุส(Democritus)ใช้สำหรับเรียกหน่วยที่เล็กที่สุดของสสาร ที่ไม่สามารถแบ่งแยกต่อไปได้อีก โดยเขาได้พยายามศึกษาเกี่ยวกับวัตถุที่มีขนาดเล็ก(ฟิสิกส์ระดับจุลภาค, microscopic) และมีแนวคิดเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารว่า สสารทั้งหลายประกอบด้วยอนุภาคที่เล็กที่สุด จะไม่สามารถมองเห็นได้ และจะไม่สามารถแบ่งแยกให้เล็กลงกว่านั้นได้อีก แต่ในสมัยนั้นก็ยังไม่มีการทดลองเพื่อพิสูจน์และสนับสนุนแนวความคิดดังกล่าวต่อมาวิทยาศาสตร์ได้เจริญก้าวหน้าขึ้น และนักวิทยาศาสตร์ก็พยายามทำการทดลองค้นหาคำตอบเกี่ยวกับเรื่องนี้ในรูปแบบต่างๆตลอดมา จนกระทั่งเกิดทฤษฎีอะตอมขึ้นมาในปี ค.ศ.1808 จากแนวความคิดของจอห์น ดาลตัน (John Dalton) ผู้เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับแบบจำลองอะตอม และเป็นที่ยอมรับและสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์ในสมัยนั้น โดยทฤษฎีอะตอมของดาลตันได้กล่าวไว้ว่า1. สสารประกอบด้วยอะตอม ซึ่งเป็นหน่วยที่เล็กที่สุด แบ่งแยกต่อไปอีกไม่ได้ และไม่สามารถสร้างขึ้นหรือทำลายให้สูญหายไป2. ธาตุเดียวกันประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีมวลและคุณสมบัติเหมือนกัน แต่จะแตกต่างจากธาตุอื่น3. สารประกอบเกิดจากการรวมตัวของอะตอมของธาตุตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปด้วยสัดส่วนที่คงที่4. อะตอมของธาตุแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและน้ำหนักเฉพาะตัว5. น้ำหนักของธาตุที่รวมกัน ก็คือน้ำหนักของอะตอมทั้งหลายของธาตุที่รวมกัน