درونِ اتم

بادکنکی را به موهایتان بمالید و بعد آن را نزدیکِ چند تکه کاغذِ ریز بگیرید. تکه‌های کاغذ بالا می‌پرند و به بادکنک می‌چسبند. نه چسبی در کار بود و نه چیزی پیش‌تر به آن‌ها خورده بود. پس چه چیزی آن‌ها را کشید؟ جواب درونِ اتم‌ها پنهان است. در درس «باز هم نصفش کن» دیدیم که همه‌چیز از اتم ساخته شده و واژه‌ی «اتم» یعنی «بُریده‌نشدنی». پس آیا اتم اصلاً بخشی دارد؟

کوچک‌تر از اتم

تا مدت‌ها مردم فکر می‌کردند اتم‌ها کوچک‌ترین چیزهای جهان‌اند. بعد، در سالِ ۱۸۹۷، دانشمندی انگلیسی به نامِ جی. جی. تامسون چیزی بسیار کوچک‌تر پیدا کرد که از اتم‌ها بیرون می‌آمد: ذره‌هایی ریز با بارِ الکتریکی. امروز به آن‌ها الکترون (electron) می‌گوییم.

کاغذها را همین بارِ الکتریکی بالا کشید. بار دو جور است که به آن‌ها مثبت و منفی می‌گویند، و مثبت و منفی همدیگر را می‌کشند. وقتی بادکنک را به مو می‌مالید، چند الکترون از موهایتان به بادکنک می‌رود، و بادکنک کاغذ را به سوی خودش می‌کشد.

حدودِ سالِ ۱۹۱۰، ارنست رادرفورد و همکارانش ذره‌هایی ریز را به ورقی بسیار نازک از طلا شلیک کردند. تقریباً همه‌ی آن‌ها مستقیم از ورق رد شدند، انگار طلا بیشترش خالی بود. اما تعدادِ بسیار کمی برگشتند. رادرفورد در سالِ ۱۹۱۱ دلیلش را توضیح داد: هر اتم باید مرکزی بسیار ریز و سنگین داشته باشد. او این مرکز را هسته (nucleus) نامید.

سه بخش

امروز می‌دانیم که اتم سه جور بخش دارد:

• پروتون‌ها (protons) در هسته‌اند. هر پروتون بارِ مثبت دارد.
• نوترون‌ها (neutrons) هم در هسته‌اند و بار ندارند. (جیمز چادویک آن‌ها را در سالِ ۱۹۳۲ پیدا کرد.)
• الکترون‌ها دورِ هسته در حرکت‌اند. هر الکترون بارِ منفی دارد و بسیار سبک‌تر از یک پروتون است.

اتمی که تنهاست به تعدادِ پروتون‌هایش الکترون دارد، برای همین مثبت‌ها و منفی‌هایش همدیگر را خنثی می‌کنند.

این تصویر اندازه‌ها را درست نشان نمی‌دهد. الکترون‌ها مثلِ سیاره‌هایی که دورِ خورشید می‌گردند، در دایره‌های مرتب دورِ هسته نمی‌چرخند. آن‌قدر تند و عجیب حرکت می‌کنند که بهتر است آن‌ها را ابری دورِ هسته تصور کنیم.

بیشترش خالی است

هسته بسیار ریز است. اگر اتمی به بزرگیِ یک ورزشگاهِ فوتبال بود، هسته‌اش به اندازه‌ی یک نخود در وسطِ زمین بود، و الکترون‌ها جایی میانِ سکوها در حرکت بودند. با این حال تقریباً همه‌ی جرمِ اتم (یعنی مقدارِ ماده‌ای که در آن است) در همان نخود است.

در خانه امتحان کنید

1. یک دستمال‌کاغذی را به تکه‌هایی کوچک‌تر از ناخنتان پاره کنید.
2. بادکنکی را باد کنید و سرش را ببندید. آن را ده ثانیه به موی خشک یا بلوزی پشمی بمالید.
3. بادکنک را کمی بالای تکه‌های کاغذ نگه دارید.

تکه‌های کاغذ به سوی بادکنک می‌پرند. مالیدن چند الکترون را جابه‌جا کرد، و بارِ منفیِ آن‌ها کاغذ را می‌کشد.

مراقب باشید

بادکنک‌ها و تکه‌های بادکنکِ ترکیده را از بچه‌های کوچک دور نگه دارید.

واژه‌های این درس

• هسته (nucleus) - مرکزِ بسیار ریز و سنگینِ اتم
• پروتون (proton) - بخشی از هسته با بارِ مثبت
• نوترون (neutron) - بخشی از هسته که بار ندارد
• الکترون (electron) - بخشی بسیار سبک از اتم با بارِ منفی، که دورِ هسته حرکت می‌کند

ایده‌ی اصلی

اتم هسته‌ای ریز از پروتون و نوترون دارد، و الکترون‌ها مثلِ ابری دورِ آن در حرکت‌اند. تقریباً همه‌ی جرمِ اتم در هسته‌ی آن است.