نظریهٔ اتمی الکترون

[Jack Daniel'ѕ]

در سال ۱۹۱۴ آزمایش‌های انجام شده به وسیلهٔ فیزیکدانانی هم چون ارنست رادرفورد، هنری موزلی، جیمز فرانک و گوستاو هرتز تا حد زیادی ساختار یک اتم را مشخص کرده بود که بیان می‌کرد یک هسته ی متراکم با بار مثبت به وسیلهٔ الکترون‌هایی با جرم کم محاصره شده‌است.[۴۳] در سال ۱۹۱۳ یک فیزیکدان دانمارکی به نام نیلز بور فرض کرد که الکترون در حالت‌های انرژی کوانتیده، با انرژی تعیین شده به وسیلهٔ اندازه حرکت زاویه‌ای مدارهای الکترون به دور هسته قرار دارد. الکترون‌ها می‌توانند بین این حالت‌ها یا مدارها با نشر یا جذب فوتون‌ها در فرکانس‌های خاص، حرکت کنند. او به وسیلهٔ این مدارهای کوانتیده خطوط طیفی اتم هیدروژن را به طور دقیقی توضیح داد.[۴۴] با این وجود مدل بور در بیان علت شدت نسبی خطوط طیف شکست خورد و در توضیح طیف اتم‌های پیچیده تر ناموفق بود.[۴۳]

پیوندهای شیمیایی بین اتم‌های به وسیلهٔ گیلبرت نیوتون لوییس توضیح داده شدند، که در سال ۱۹۱۶ پیشنهاد داد که یک پیوند کووالانسی بین دو اتم به وسیلهٔ دو الکترون به وجود می‌آید که بین دو اتم به اشتراک گذاشته می‌شوند.[۴۵] بعدها در سال ۱۹۲۳ والتر هایتلر و فریتز لاندن توضیح کاملی در مورد شکل گیری جفت الکترون و پیوند شیمیایی از طریق مکانیک کوانتومی ارائه دادند.[۴۶] در سال ۱۹۱۹ یک شیمیدان آمریکایی به نام اروین لانگمور مدل اتمی استاتیک لوییس را گسترش داد و معتقد بود که همهٔ الکترون‌ها در پوسته‌های کروی متحدالمرکز (تقریباً) با ضخامت یکسان به طور متوالی توزیع شده‌اند.[۴۷] پوسته‌ها توسط او به ترتیب به تعدادی سلول تقسیم شدند که هر کدام از آن‌ها شامل یک جفت الکترون بود. با این نظریه لانگمور قادر بود تا به طور کیفی ویژگی‌های شیمیایی همهٔ عناصر جدول تناوبی را توضیح دهد،[۴۶] که تصور می‌شد به طور گسترده‌ای خودشان را طبق قانون تناوبی تکرار می‌کنند.[۴۸]

در سال ۱۹۲۴ یک فیزیکدان اطریشی به نام ولفگانگ پاؤلی مشاهده کرد که ساختارهای پوسته شکل اتم می‌توانند به وسیله یک دسته چهارتایی از پارامترها توضیح داده شوند که هر حالت انرژی کوانتومی را تعریف می‌کنند مادامی که هر حالت به وسیلهٔ یک الکترون اشغال شده باشد. (این محدودیت که یک حالت انرژی کوانتومی نمی‌تواند با بیش از یک الکترون اشغال شود به اصل طرد پاؤلی معروف شد)[۴۹] سازوکار فیزیکی برای توضیح چهارمین پارامتر که دو مقدار ممکن مجزا داشت، به وسیلهٔ فیزیکدان‌های هلندی به نام‌های آبراهام گودسمیت و جورج اوهلنبرگ فراهم شد و آن‌ها معتقد بودند که یک الکترون علاوه بر اندازه حرکت زاویه‌ای ناشی از حرکت دایره‌ای، خودش نیز می‌تواند اندازه حرکت زاویه‌ای داشته باشد.[۴۳][۵۰] این ویژگی به عنوان اسپین شناخته شد، و گسستگی رمزآلود خطوط طیفی پیشین را که با یک طیف نگار دقیق مشاهده شده بودند را توضیح داد؛ امروزه این پدیده به عنوان گسستگی ساختار ضعیف شناخته شده‌است