โดย ทิม ชาร์ป , เดซี่ โดบริเยวิช เผยแพร่เมื่อ 15 ธันวาคม 2021เว็บตรงแตกง่ายอะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสโปรตอนและอิเล็กตรอน อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสที่ทําจากโปรตอนและนิวตรอนที่โคจรรอบโดยอิเล็กตรอน (เครดิตภาพ: Rost-9D ผ่าน Getty รูปภาพ)อะตอมเป็นหน่วยพื้นฐานของสสาร ทุกอย่างในจักรวาลนอกเหนือจากพลังงานที่ทําจากสสารดังนั้นอะตอมจึงประกอบขึ้นทุกอย่างในจักรวาลตาม มหาวิทยาลัยนอร์ธเวสเทิร์น (เปิดในแท็บใหม่). คําว่า “อะตอม” มาจากคําภาษากรีกที่แยกไม่ออกเพราะครั้งหนึ่งเคยคิดว่าอะตอมเป็นสิ่งที่เล็กที่สุดในจักรวาลและไม่สามารถแบ่งได้ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าอะตอม
ประกอบด้วยอนุภาคสามชนิดที่เรียกว่าอนุภาคย่อย: โปรตอนนิวตรอนและอิเล็กตรอนซึ่งประกอบด้วย
อนุภาคขนาดเล็กเช่นควาร์กอะตอมถูกสร้างขึ้นหลังจากบิ๊กแบง 13.7 พันล้านปีที่ผ่านมา เมื่อจักรวาลใหม่ที่ร้อนและหนาแน่นเย็นลงเงื่อนไขก็เหมาะสําหรับควาร์กและอิเล็กตรอนที่จะก่อตัวขึ้น ควาร์กมารวมกันเพื่อสร้างโปรตอนและนิวตรอนและอนุภาคเหล่านี้รวมกันเป็นนิวเคลียส ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นภายในไม่กี่นาทีแรกของการดํารงอยู่ของจักรวาลตาม เซิร์น (เปิดในแท็บใหม่).มันใช้เวลา 380,000 ปี สําหรับจักรวาล ที่จะเย็นพอที่จะชะลอตัวลงอิเล็กตรอน เพื่อให้นิวเคลียสสามารถจับพวกเขาเพื่อสร้างอะตอมแรก อะตอมที่เก่าแก่ที่สุดส่วนใหญ่เป็นไฮโดรเจนและฮีเลียมซึ่งยังคงเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาลตาม เจฟเฟอร์สัน แล็บ (เปิดในแท็บใหม่). ในที่สุดแรงโน้มถ่วงทําให้เมฆของก๊าซรวมตัวกันและก่อตัวเป็นดาวฤกษ์และอะตอมที่หนักกว่านั้นถูกสร้างขึ้นภายในดาวฤกษ์และส่งไปทั่วจักรวาลเมื่อดาวระเบิด (ซูเปอร์โนวา)
อนุภาคปรมาณูโปรตอนและนิวตรอนหนักกว่าอิเล็กตรอนและอาศัยอยู่ในนิวเคลียสที่ศูนย์กลางของอะตอม อิเล็กตรอนมีน้ําหนักเบามากและมีอยู่ในเมฆโคจรรอบนิวเคลียส เมฆอิเล็กตรอนมีรัศมีมากกว่านิวเคลียส 10,000 เท่าตาม ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอสอลามอส (เปิดในแท็บใหม่).
โปรตอนและนิวตรอนมีมวลเท่ากันโดยประมาณ อย่างไรก็ตามโปรตอนหนึ่งตัวมีขนาดใหญ่กว่าอิเล็กตรอนประมาณ 1,835 เท่า อะตอมมักจะมีจํานวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเท่ากันและจํานวนโปรตอนและนิวตรอนมักจะเหมือนกัน การเพิ่มโปรตอนลงในอะตอมทําให้องค์ประกอบใหม่ในขณะที่การเพิ่มนิวตรอนทําให้ไอโซโทปหรือรุ่นที่หนักกว่าของอะตอมนั้น
นิวเคลียสนิวเคลียสถูกค้นพบในปี 1911 โดย Ernest Rutherford นักฟิสิกส์จากนิวซีแลนด์ตาม สถาบันฟิสิกส์อเมริกัน (เปิดในแท็บใหม่). ในปี 1920 รัทเธอร์ฟอร์ดเสนอชื่อโปรตอนสําหรับอนุภาคที่มีประจุบวกของอะตอม เขายังตั้งทฤษฎีว่ามีอนุภาคที่เป็นกลางภายในนิวเคลียสซึ่งเจมส์แชดวิคนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษและนักเรียนของรัทเธอร์ฟอร์ดสามารถยืนยันได้ในปี 1932
มวลของอะตอมเกือบทั้งหมดอยู่ในนิวเคลียสของมันตาม เคมี LibreTexts (เปิดในแท็บใหม่).
โปรตอนและนิวตรอนที่ประกอบกันเป็นนิวเคลียสมีมวลเท่ากันโดยประมาณ (โปรตอนน้อยกว่าเล็กน้อย) และมีโมเมนตัมเชิงมุมเดียวกันหรือหมุนนิวเคลียสถูกจัดขึ้นด้วยกันโดยแรงที่แข็งแกร่งซึ่งเป็นหนึ่งในสี่กองกําลังพื้นฐานในธรรมชาติ แรงระหว่างโปรตอนและนิวตรอนนี้เอาชนะแรงไฟฟ้าที่น่ารังเกียจซึ่งจะผลักโปรตอนออกจากกันตามกฎของกระแสไฟฟ้า นิวเคลียสอะตอมบางอย่างไม่เสถียรเนื่องจากแรงผูกแตกต่างกันไปสําหรับอะตอมที่แตกต่างกันตามขนาดของนิวเคลียส อะตอมเหล่านี้จะสลายตัวเป็นองค์ประกอบอื่น ๆ เช่นคาร์บอน-14 สลายตัวเป็นไนโตรเจน-14
โปรตอนโปรตอนเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกที่พบในนิวเคลียสอะตอม รัทเธอร์ฟอร์ดค้นพบพวกเขาในการทดลองกับหลอดแคโทดเรย์ที่ดําเนินการระหว่างปี 1911 ถึง 1919 โปรตอนเป็นเรื่องเกี่ยวกับ 99.86% ใหญ่เท่านิวตรอน (เปิดในแท็บใหม่) ตามที่เจฟเฟอร์สันแล็บบอก
จํานวนโปรตอนในอะตอมเป็นเอกลักษณ์ของแต่ละองค์ประกอบ ตัวอย่างเช่นอะตอมคาร์บอนมีหกโปรตอนอะตอมไฮโดรเจนมีหนึ่งและอะตอมออกซิเจนมีแปด จํานวนโปรตอนในอะตอมเรียกว่าจํานวนอะตอมขององค์ประกอบนั้น จํานวนโปรตอนยังกําหนดพฤติกรรมทางเคมีขององค์ประกอบ องค์ประกอบจะถูกจัดเรียงในตารางธาตุของธาตุตามลําดับการเพิ่มจํานวนอะตอม
ควาร์กสามตัวประกอบกันเป็นโปรตอนแต่ละโปรตอน – ควาร์ก “ขึ้น” สองตัว (แต่ละอันมีประจุบวกสองในสาม) และควาร์ก “ลง” หนึ่งตัว (มีประจุลบหนึ่งในสาม) และพวกมันถูกยึดไว้ด้วยกันโดยอนุภาคย่อยอื่น ๆ ที่เรียกว่ากลูออนซึ่งไม่มีมวลอิเล็กตรอนอิเล็กตรอนมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับโปรตอนและนิวตรอนซึ่งเล็กกว่าโปรตอนหรือนิวตรอนมากกว่า 1,800 เท่า อิเล็กตรอนมีประมาณ 0.054% เป็นใหญ่เป็นนิวตรอน, ตามเจฟเฟอร์สันแล็บ. โจเซฟ จอห์น (เจ.เจ.) ทอมสันนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษค้นพบอิเล็กตรอนในปี 1897 ตามรายงานของ สถาบันประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ (เปิดในแท็บใหม่). เดิมทีเรียกว่า “corpuscles” อิเล็กตรอนมีประจุลบและถูกดึงดูดด้วยไฟฟ้าไปยังโปรตอนที่มีประจุบวก อิเล็กตรอนล้อมรอบนิวเคลียสเว็บตรงแตกง่าย
