Атом (грек. микроскопиялық өлшем мен массаның бөлшектері, химиялық элементтің ең аз бөлігі, оның қасиеттерінің тасымалдаушысы болып табылады.

Атомдар ядро мен электрондардан тұрады (дәлірек айтқанда электрондық “бұлт”). Атом ядросы протондар мен нейтрондардан тұрады. Ядродағы нейтрондардың саны әртүрлі болуы мүмкін: нөлден бірнеше ондыққа дейін. Егер электрондардың саны ядродағы протондар санына сәйкес келсе, онда атом жалпы электрлік бейтарап болады. Әйтпесе, ол кейбір оң немесе теріс зарядқа ие және Ион деп аталады[1]. Кейбір жағдайларда атомдар деп ядроның заряды электрондардың жиынтық зарядына тең болатын тек қана электрондыйтралды жүйелер түсініледі, сол арқылы оларды электр зарядталған иондарға қарсы қояды[3][4].

Атомның барлық массасына (99,9% – дан астам) жететін Ядро оң зарядталған протондар мен күшті өзара әрекеттесудің көмегімен өзара байланысты кернеусіз нейтрондардан тұрады. Атомдар ядродағы протондар мен нейтрондардың саны бойынша жіктеледі: Z протондар саны Менделеевтің периодтық жүйесіндегі атомның реттік нөміріне сәйкес келеді және оның кейбір химиялық элементке тиістілігін, Ал N нейтрондар саны — осы элементтің белгілі бір изотоптарына сәйкес келеді. Ядрода нейтрондар жоқ жалғыз тұрақты атом-жеңіл сутегі (протий). Z саны сондай-ақ атом ядросының жиынтық оң электр зарядын (Ze) және бейтарап атомдағы электрондардың санын анықтайды.

Атомдар атомдық байланыстарға байланысты әртүрлі мөлшерде молекулалар құрайды.Атомдар әр түрлі зерттеушілермен ашылған ұсақ бөлшектерден тұрады. Осындай бөлшектердің ең бірінші бірі жеке электр зарядын алып жүретін электрон болды.

Электрон өзінің қазіргі атауын тек өткен ғасырдың соңында ғана алды, ал бұл физикаға дейін электр тогы берілетін “электр атомы” бар деп болжады.

1853 жылы француз зерттеушісі А. Массон ауа соратын шыны түтікше арқылы электр разрядтарын (ұшқындарды) өткізуге тырысты. Кейіннен осы күрделі емес құрылғының көмегімен ағылшын Вильям Крукс көптеген тәжірибелерді өткізді, содан бері мұндай түтіктер круксті деп атайды (олардың тікелей “ұрпақтары” – енді сирек кездесетін электронды-сәулелі теледидарлар мен мониторлар).
Крукс түтігіндегі катодты сәулелердің әсерінен қалақтары бар вертушканы айналдыру. Бұл тәжірибе катодты сәулелер әдеттегі жарыққа емес, массасы бар микроскопиялық бөлшектердің ағысына ұқсайды деп болжауға мүмкіндік берді.

Крукс түтікшелерінің көмегімен не анықталды? Олар теріс зарядталған электрод – катодпен таралған ерекше сәулелердің көзі болды. Бұл сәулелер катодтардың атын алды. Катодты сәулелерді сипаттай отырып, Крукс олардың қасиеттерін атап өтті:

– олар түтіктің ішкі бетіне жағылған кейбір заттардың жарқырауын тудырады;

– олар кинетикалық энергияға ие және механикалық қозғалысты қалақтары бар вертушкаға бере алады (сурет. 2-1);

– олар магниттік өрістен ауытқиды;

– олар теріс зарядталған, себебі түтіктің оң полюсіне қарай жылжиды.

1897 жылы ағылшын физигі Дж. Дж. Томсон электр өрісіндегі катодты сәулелердің ауытқуын өлшеуге болатын ұқсас түтікті құрастырды (сурет.2-2).

Катодты сәулелердің арасында 4 және 5 пластиналарына берілетін кернеуді азайтуға немесе арттыруға болады. 4 және 5 пластиналардағы кернеу жоғары болған сайын, катод сәулелерінің тура сызықты траекториясынан күшті ауытқыды.

Электр өрісінің әсерімен катодты сәулелердің ауытқуын өлшеуге арналған Томсон аспабы. 1 – теріс зарядталған электрод (катод), 2 – оң зарядталған электрод, 3 – тесік, 4 және 5 – катод сәулелерінің ауытқуына арналған электрод пластиналары, 6 – катод сәулелерінің әсерінен жарқырайтын заттың ішкі қабатымен жабылған түтіктің бөлігі, 7-жарқырайтын дақ.

Нәтижесінде бұл эксперимент катодты сәулелер тұратын бөлшектердің массасын және зарядын орнатуға көмектесті: масса аз болған сайын және бөлшектердің заряды көп болған сайын, электр өрісінің көмегімен оны тік сызықты траекториядан ауытқу оңайырақ. Рас, бұл үшін қосымша эксперименттер қажет болды, бірақ 1909 жылы мақсатқа қол жеткізілді. Кулондарда көрсетілген жұмбақ” катодты ” бөлшектердің электр заряды өте аз шамаға айналды, сондықтан физика мен химиканың ыңғайлылығы үшін осы “қарапайым” зарядтың шамасы бірлік үшін қабылданған басқа шкаланы жиі пайдаланады.

Аз электр зарядын көтеретін теріс зарядталған бөлшектер электрондардың атауын алды.

Кейінірек ұқсас аспапта протон деп аталатын оң зарядталған бөлшектердің ағынын байқай алды. Протонның массасы электронның массасынан 2000 есе артық болды,ал оның заряды электронның зарядына тең, бірақ “плюс” белгісімен.

Осылайша, физиктердің иелігінде алғашқы құрылыс бөлшектері пайда болды, олардың көмегімен атомдардың қандай да бір модельдерін құруға тырысуға болады.

Томсон атомдар оң зарядталған сферадан тұрады деп болжады. 2-3а). Атомның бұл моделі ғалымдар арасында “қара өрік пудинг” деген лақап атқа ие болды, бірақ мейізі бар бөлкеге (“изюминки” – бұл электрондар), немесе “тұқымдары” бар “қарбыз” – электрондар.1910 жылы ағылшын физигі Эрнст Резерфорд өзінің оқушылары Гейгер және Марсденмен Томсон моделі тұрғысынан түсініксіз нәтиже берген эксперимент өткізді. Сол кезде радиоактивтілік ашылған болатын,ол туралы біздің уақытта бастауыш сынып оқушылары да біледі. Радиоактивті заттар жоғары энергия сәулесін ғана емес, сонымен қатар көптеген заттар арқылы өтуге қабілетті жоғары энергия бөлшектерін де шығаруға қабілетті. Мұндай бөлшектер альфа-бөлшектер деп аталады.Э. Резерфорд Тәжірибесі. Альфа-бөлшектер ағыны шамамен 10000 атомның қалыңдығы жұқа алтын фольгадан өтеді. Алтын арқылы өтіп, альфа-бөлшектер экран соққанда жарқыл тудырады. Экранда жарқылдар бойынша альфа-бөлшектер бөлігінің тік сызықты траекториядан ауытқуларын көруге болады.

Резерфорд тәжірибесінде альфа-бөлшектер ағыны жұқа алтын фольгаға бағытталып, содан кейін жарқыраған жабыны бар арнайы экранда көзге түсті (2-4 сурет).

Барлық альфа-бөлшектер фольганы тікелей траекторияда өткізбейтіні анықталды. Олардың кейбір бөлігі жағына қарай ауытқып, тіпті броньдан снаряд ретінде алтын фольганың жұқа жапырағынан көрінеді! Бұл тек бір ғана білдіреді: алтын атомдары тұтас емес, “кесілген” қуыстардан (альфа-бөлшектер кедергісіз өтеді арқылы) және альфа-бөлшектер доп ретінде сырғиды өте тығыз аймақтардан тұрады.

Резерфорд алтын атомы тығыз, оң зарядталған ядролардан тұрады, онда атомның барлық массасы шоғырланған және қоршаған электрондардың ядросы (сурет. 2-3б). Электрондар ядроның айналасына айналып, “электрондық рой” түзеді. Альфа-бөлшектер электрондармен айналысатын сиретілген аймақ арқылы салыстырмалы түрде оңай өтеді және атомның тығыз ядросымен соқтығысқанда (немесе жаққа қарай ауытқиды) көрсетіледі. Ауытқыған және ауытқбаған альфа-бөлшектердің арақатынасы бойынша Алтын атомының ядросының өлшемдері басқа атомдармен жанасатын атомның сыртқы шекарасынан шамамен 100000 есе аз екенін есептей алды!

Резерфорд моделі альфа-бөлшектермен эксперимент нәтижелерін түсіндірді, бірақ физиктер мен химиктерге бұрын болғандағыдан да көп сұрақтар қойды. Неге зарядталған электронның зарядталған ядроның жанында қозғалуы кезінде энергия бөлінбейді? Атомдар бір-біріне қалай “бекітіледі”? Неге электрондар ядроға түспейді? Атомдардан тұратын физикалық денелер қыздыру кезінде қалай жарық шығарады?

Бұл мәселелер Дат физигі Н. кейін ғана ішінара шешілді.Бор Резерфорд моделіне ұқсас Атом моделін ұсынды, бірақ электрондар ядроның айналасында қатаң белгіленген, тұрақты орбиталарда орналасқанын үздік көрсетті (сурет. 2-3в). Бұл модель Күн жүйесі құрылғысына ұқсайды, онда электрондар ядро айнала күн айналасында планета сияқты.

Зат қызған кезде, электрондар энергияны сіңіреді және ядродан неғұрлым алыстаған тұрақты орбиталарға өтеді, содан кейін энергияны қатаң өлшенген “порциялармен” (жарық түрінде) бөле отырып, бұрынғы орынға қайтарылады. Мұндай “энергия” порциясы (оны жарық кванты деп атайды) дәлірек жоғары және төмен орбитадағы Электрон энергияларының арасындағы айырмашылыққа тең.

Қыздырылған денелер шығаратын жарықты зерттей отырып, атомда қанша тұрақты электрондық орбитаның бар екенін және тіпті осы орбиталардың күрделі ішкі құрылымын орната отырып (бұл қалай жасалғаны туралы, 2.7-параграфта егжей-тегжейлі баяндалады).

Эксперименттердің үлкен санының нәтижелері және физик-теоретиктердің күш-жігері атомдар туралы толық ақпарат алуға мүмкіндік берді. Зерттеушілерге атомның ішкі құрылғысының қандай бейнесі ашылғаны туралы осы тараудың келесі параграфтарында айтылады.