وجود ارتباطی بامعنا میان الگوی ثابت طیف نشری خطی هیدروژن و ساختار اتمهای آن ذهن بسیاری از دانشمندان را به خود مشغول ساخت. درسال 1913 نیلز بور

Transkript

1 نخستین بار آنگستروم )Ångström,A.( فیزیکدان سوئدی درسال 86 چهار خط طیف نشری هیدروژن را یافت و نه سال بعد موفق به اندازهگیری دقیق طول موج هر خط شد. نیلزبور ) ( بور به هر یک از این ترازهای انرژی کوانتومی عدد خاصی را نسبت داد و آن را عدد کوانتومی اصلی نامید. او این عدد را با حرف n نمایش داد. n= پایدارترین تراز انرژی مجاز برای الکترون است. مدل اتمی بور وجود ارتباطی بامعنا میان الگوی ثابت طیف نشری خطی هیدروژن و ساختار اتمهای آن ذهن بسیاری از دانشمندان را به خود مشغول ساخت. درسال 93 نیلز بور دانشمند دانمارکی در راه کشف این رابطه مدل اتمی رادرفورد را برای توجیه این ارتباط نارسا دانست و مدل تازهای برای اتم هیدروژن پیشنهاد کرد. او این مدل را با فرضهای زیر ارائه کرد: الکترون در اتم هیدروژن در مسیری دایرهای شکل که مدار نامیده میشود به دور هسته گردش میکند. انرژی این الکترون با فاصلۀ آن از هسته رابطهای مستقیم دارد.در واقع هر چه الکترون از هسته دورتر میشود انرژی آن افزایش مییابد. 3 این الکترون فقط میتواند در فاصلههای معین و ثابتی پیرامون هسته گردش کند. در واقع الکترون فقط اجازه دارد که مقادیر معینی انرژی داشته باشد. به هر یک از این مقادیر انرژی تراز انرژی میگویند. تعداد محدودی از این ترازهای انرژی در اتم وجود دارد. 4 این الکترون معموال در پایینترین تراز انرژی ممکن )نزدیکترین مدار به هسته( قرار دارد. به این تراز انرژی حالت پایه میگویند. 5 با دادن مقدار معینی انرژی به این الکترون میتوان آن را قادر ساخت که از حالت پایه )ترازی با انرژی کمتر( به حالت برانگیخته )ترازی با انرژی باالتر( انتقال پیدا کند. 6 الکترون درحالت برانگیخته ناپایدار است از اینرو همان مقدار انرژی را که پیش از این گرفته بود از دست میدهد و به حالت پایه باز میگردد. از آنجا که برای الکترون نشر نور مناسبترین شیوه برای از دست دادن انرژی است از اینرو الکترون برانگیخته به هنگام بازگشت به حالت پایه انرژی اضافی خود را که درواقع تفاوت انرژی میان دو تراز انرژی یاد شده است از طریق انتشار نوری با طول موج معین از دست میدهد شکل 7 را نگاه کنید. به اینگونه انرژی که بهصورت یک بستۀ انرژی مبادله میشود انرژی کوانتومی یا پیمانهای میگویند. بور با کوانتومی درنظر گرفتن ترازهای انرژی توانست با موفقیت طیف نشری خطی هیدروژن را توجیه کند شکلهای 7 و. 8 8

2 )یونش( الکترون بر انگیخته هنگا می که ا لکتر و ن با گرفتن مقدار بیشتری انرژی به تراز انرژی بی نهایت ( =n) انتقال یابد از میدان جاذبۀ هسته خارج می شود. در این هنگام می گویند که اتم الکترون خود را از دست داده به یون مثبت تبدیل شده است. به این فرایند یونش می گویند. n = = 7 n =6 n = 5 n =4 n = 3 n = )پایدارترین تراز انرژی( n = طول موج) nm ( کوانتومی بودن به معنای پیمانه ای یا بسته ای بودن یک کمیت است. توجیه بخش مریی طیف نشری خطی اتم هیدروژن با مدل اتمی بور شکل ٧ نمایش بخش مریی طیف نشری خطی هیدروژن و علت ایجاد آن شکل ٨ یک مدل پلکانی برای ترازهای انرژی در اتم هیدروژن ( اگر الکترون را چون توپی روی این پلکان در نظر بگیرید آیا این توپ میتواند در جایی میان پلهها بایستد ( بیشتر بدانید اساسا در جهان دو نوع رفتار قابل مشاهده است. رفتاری شبیه ذره و رفتاری شبیه موج. هنگامی رفتاری مانند ذره مشاهده میشود که جرم و انرژی هر دو با هم از جایی به جای دیگر منتقل شوند. به عبارت دیگر هنگام جابهجایی هر دو در یک جسم یا ذره مستقر باشند. یک توپ درحال حرکت چنین رفتاری دارد. درحالی که در رفتار شبیه موج همزمان با حرکت جسم یا ذره جرم جابهجا نمیشود بلکه انرژی بهتنهایی آن هم در همۀ جهتها انتقال مییابد. برای مثال برآمدگیهای روی سطح آب دریا موج هستند و بدون آن که آب جابهجا شود انرژی به ساحل انتقال مییابد.مطالعۀ خواص نور نشان داد که هر دو نوع رفتار را میتوان یکجا انتظار داشت. امروزه میدانیم که نور رفتاری دو گانه دارد در عین حال که موج است و پدیدههایی چون تداخل و پراش را از خود نشان میدهد خود از ذرههایی بهنام فوتون نیز تشکیل شده است. چشمهای الکترونیکی از جمله دستگاههایی هستند که براساس خاصیت ذرهای نور طراحی شدهاند. در این دستگاهها که بیشتر مانند یک کلید برق عمل میکنند با برخورد فوتونهای نور با الکترونهای موجود روی سطح فلز موجود در آنها جریان الکتریکی در مدار برقرار میشود. گاز نئون به طور گسترده در ساخت تابلوهای تبلیغاتی استفاده می شود. در این تابلوها یک جریان الکتریکی را از درون لوله ای که دارای گاز نئون با فشار کم است عبور می دهند. درنتیجۀ برقراری جریان برق حرکت سریع الکترون ها موجب می شود که الکترون های اتم های نئون به تراز انرژی باالتری جهش یابند. بر اثر بازگشت این الکترون های برانگیخته به تراز انرژی پایین تر نوری به رنگ نارنجی مایل به سرخ منتشر می شود. 9

3 گسترش مفهوم دوگانگی موج ذره به ماده توسط لوییدوبروی فیزیکدان فرانسوی انجام شد. وی به الکترون که ذرهای بودن آن قبال به اثبات رسیده بود طول موجی نسبت داد. شواهد گوناگونی وجود دارد که درستی دیدگاه دوبروی را ثابت میکند. ریزنگاشت )میکروسکوپ( الکترونی برمبنای این رفتار الکترون طراحی شده است. با کمک این دستگاه میتوان تصاویر بسیار دقیقی از اجسام بسیار کوچکی را دید که مشاهدۀ آنها با ریزنگاشتهای نوری آن هم با این جزییات امکان ندارد. مقادیر مجاز برای عدد کوانتومی اصلی )n( عددهای صحیح مثبت, 3 هستند.,, مدل کوانتومی اتم در سال 96 اروین شرودینگر فیزیکدان مشهور اتریشی بر مبنای رفتار دوگانۀ الکترون و با تأکید بر رفتار موجی آن مدلی برای اتم پیشنهاد داد. وی در این مدل بهجای محدود کردن الکترون به یک مدار دایرهای شکل از حضور الکترون در فضایی سهبعدی به نام اوربیتال سخن به میان آورد. او پس از انجام محاسبههای بسیار پیچیدۀ ریاضی نتیجه گرفت همانگونه که برای مشخص کردن مکان یک جسم در فضا به سه عدد )طول عرض و ارتفاع( نیاز است برای مشخص کردن هر یک از اوربیتالهای یک اتم نیز به چنین دادههایی نیاز داریم. شرودینگر به این منظور از سه عدد l n و m l استفاده کردکه عددهای کوانتومی خوانده میشوند. n کهعدد کوانتومی اصلی گفتهمیشود همان عددیاستکهبور برای مشخصکردن ترازهای انرژی در مدل خود بهکار برده بود. در مدل کوانتومی بهجای ترازهای انرژی از واژۀ الیههای الکترونی استفاده میشود و n تراز انرژی آنها را معین میکند. = n پایدارترین الیۀ الکترونی را نشان میدهد و هرچه n باالتر رود تراز انرژی الیۀ الکترونی افزایش مییابد. پیرامون هستۀ اتم حداکثر هفت الیۀ الکترونی مشاهده شده است. فکر کنید معموال به هنگام یونش سست ترین الکترون ها از اتم جدا میشوند. آموختید که یونش به معنای خارج کردن یک الکترون از اتم و ایجاد یون مثبت است. این عمل به انرژی نیاز دارد. از آنجا که اندازهگیری و گزارش مقدار انرژی الزم برای یونش یک مول اتم آسانتر است انرژی یونش را بهعنوان انرژی الزم برای فرایند زیر تعریف میکنند. X(g) X + (g) + e - IE kj.mol - به عبارت دیگر به انرژی الزم برای خارج کردن یک مول الکترون از یک مول اتم در حالت پایه )مثال اتم X( درحالت گازی که به تولید یک مول یون یک بار مثبت در حالت گازی میانجامد انرژی نخستین یونش میگویند.

4 به همین ترتیب انرژی دومین یونش انرژی الزم برای خارج کردن یک مول الکترون از یکمول یون یک بار مثبت درحالت گازی و ایجاد یک مول یون دو بار مثبت درحالت گازیاست. X + (g) X + (g) + e - IE ( kj.mol - ) و به همین ترتیب انرژیهای یونش بعدی تعریف میشود. ١٢ را نشان میدهد. با بررسی نمودار زیر تغییر انرژیهای یونش متوالی منیزیم Mg آن به پرسشهای مطرح شده پاسخ دهید. آ( جدا کردن کدام الکترون آسانتر است چرا ب( روند تغییر انرژیهای یونش متوالی را توصیف کنید. پ( بر روی نمودار تغییرات شدید در انرژیهای یونش را مشخص کنید و علت آن را توضیح دهید. ت( دانشمندان این مشاهدهها را شاهدی بر وجود الیههای الکترونی در اتم میدانند. چرا IE کوتاه شدۀ عبارت Ionization Energy است. 5/5 5/ لگاریتم انرژی یونش 4/5 4/ 3/5 3/ / شمارۀ الکترون های خارج شده مشاهدهها نشان داده است که الکترونهای موجود در یک الیۀ الکترونی گروههای کوچکتری نیز تشکیل میدهند. به هر یک از این گروهها زیرالیه میگویند. n تعداد زیرالیههای هر الیۀ الکترونی را نیز مشخص میکند. برای مثال در الیۀ الکترونی = ٢ n دو زیرالیه وجود دارد. زیرالیهها را با عدد کوانتومی اوربیتالی )l( مشخص میکنند. l میتواند عددهای درست تا - n را در بر بگیرد. این مقادیر عددی را معموال با حروف (l = ) d (l =) p (l =) s و (l =3) f نشان میدهند. برای مثال در دومین الیۀ الکترونی (= n) دو زیرالیۀ s و p وجود دارد. افزون بر اینها l شکل و تعداد اوربیتالها را نیز مشخص میکند. همانطوری که در شکل 9 میبینید شکل اوربیتالهای موجود در زیر الیههای s و p بهترتیب کروی و دمبلی هستند.

5 آ( اوربیتال های s sو 3s ١s s 3s z z y z y ب( در هر زیر الیۀ p سه اوربیتال وجود دارد. x p x x p y y x p z شکل 9 سومین عدد کوانتومی که عدد کوانتومی مغناطیسی ( l m( گفته می شود جهتگیری اوربیتالها را در فضا معین میکند. m l همۀ عددهای صحیح بین l- تا l+ را دربر میگیرد. برای مثال اگر = l باشد برای m l مقادیر - و + بهدست میآید. در جدول عددهای کوانتومی برای اوربیتالهای موجود در سه الیۀ الکترونی نخست اتم هیدروژن نشان داده شده است. در هر زیرالیه به تعداد + l اوربیتال وجود دارد. برای مثال در زیرالیۀ p که = l است 3 = ( + ) اوربیتال یافت میشود. همانطوری که در شکل 9 ب دیده میشود تنها جهتگیری اوربیتالهای موجود در زیرالیۀ p آنها را از یکدیگر متمایز میکند. p y p x و p z نمادهایی هستند که برای نمایش این اوربیتالها بهکار میروند. n =,, 3,... l =,,..., (n -) m l = -l,...,,..., + l جدول عددهای کوانتومی برای اوربیتال های موجود در سه الیۀ الکترونی نخست اتم هیدروژن m l نوع زیر الیه تعداد زیر الیه تعداد اوربیتالها )m l )تعداد تعداد کل اوربیتالها )n ( l n )الیۀ الکترونی( s 4 3 -,, + s p ,, + -,-,,+, + 3 s p d 3 همان طوری که گفته شد مجموعه ای از اوربیتال ها با مقدار l برابر یک زیرالیه را

6 ایجاد می کنند و مجموعه ای از زیرالیه ها با n برابر یک الیۀ الکترونی را تشکیل می دهند. بنابراین برای دادن آدرس اوربیتال ها به شیوۀ زیر عمل می شود: مناد حرفی مشخص کنندۀ زیر الیه )شکل اوربیتال( شمارۀ الیه الکترونی )اندازۀ اوربیتال( n l m l جهت گیری اوربیتال آدرس زیر الیه برای مثال p نشان می دهد که این اوربیتال دمبلی شکل در الیۀ الکترونی دوم و در زیرالیۀ p قرار دارد. چهارمین عدد کوانتومی و اصل طرد پائولی با کمک سه عدد کوانتومی l n و m l اندازه شکل و جهتگیری اوربیتالهای اتمی تعیین میشود. اما دانشمندان در توجیه مشاهدههای تجربی این سه عدد را برای مشخص کردن آدرس یک الکترون در اتم کافی ندانستند. زیرا توجیه برخی خواص فیزیکی اتمها با نسبت دادن حضور دو الکترون در یک اوربیتال امکانپذیر بود. برای توضیح این نکته که چگونه دو الکترون با بار همنام میتوانند در یک اوربیتال جای گیرند دانشمندان افزون بر حرکت اوربیتالی )حرکت الکترون به دور هستۀ اتم( یک حرکت اسپینی )حرکت به دور خود( نیز به الکترون نسبت دادهاند. مطابق شکل آ الکترون با گردش حول محور خود به یک آهنربای ریز تبدیل میشود. حال اگر این دو الکترون ناگزیر شوند که کنار هم قرار گیرند باید یک نیروی جاذبۀ قوی در برابر دافعۀ میان آنها بهوجود بیاید. این جاذبه هنگامی بهوجود میآید که قطبهای مغناطیسی الکترون دوم در برابر قطبهای مغناطیسی ناهمنام الکترون اول قرار گیرد شکل ب. با دقت به شکل ب میتوان مشاهده کرد که شرط الزم برای چنین آرایشی در یک اوربیتال آن است که الکترونها در دو جهت مخالفهم )یکی در جهت حرکت عقربههای ساعت و دیگری برخالف آنها( به N N S دور محور خود بگردند. S ( آ ) )ب( حرکت در خالف جهت حرکت عقربههای ساعت حرکت در جهت حرکت عقربه ها ی ساعت m s = + S N m s = آ( آهن ر بای ریز ایجاد شده بر اثر حرکت اسپینی الکترون ب( جهت گیری پایدار دو الکترون در یک اوربیتال شکل 3

7 از این رو برای مشخص کردن جهت گردش الکترون ها به هر حالت یک عدد کوانتومی نسبت داده شد که به آن عدد کوانتومی مغناطیسی اسپین ( s m( می گویند. همانطوری که در شکل مشاهده میشود این عدد تنها دو مقدار ( + برای چرخش در جهت حرکت عقربههای ساعت و برای چرخش در خالف جهت حرکت عقربههای ساعت( خواهد داشت. در سال 95 یک فیزیک دان اتریشی به نام پائولی با ارایۀ اصلی که اصل طرد پائولی نام گرفت اظهار داشت که:»هیچ اوربیتالی در یک اتم نمی تواند بیش از دو الکترون در خود جای دهد.«این اصل با توجه به بحث اسپین و معرفی چهارمین عدد کوانتومی کامال قابل درک است. به طوری که در بیان دیگری از اصل طرد پائولی می خوانیم:»در یک اتم هیچ دو الکترونی را نمی توان یافت که هر چهار عدد کوانتومی آنها )n m l l و m( s با هم برابر باشد.«یک نتیجه گیری مهم این اصل آن است که در هر اوربیتال حداکثر دو الکترون آن هم با اسپین مخالف قرار می گیرند. اگر هر اوربیتال را با یک چهارگوش )مربع( و هر الکترون را بسته به عدد کوانتومی مغناطیسی اسپین آن با یک پیکان ( برای + = s m و برای = s ) m نشان دهیم در این صورت شیوۀ قرار گرفتن الکترونها در اتمهای هیدروژن و هلیم را میتوان به صورت زیر نشان داد: آدرس الکترون شیوۀ منایش * نوشتاری امت تعداد الکترونها الیۀ الکترونی )n( زیرالیه )l( اوربیتال m l اسپنی ms منوداری s s + یا ٠ ٠ ٠ ١ ١ ١ ١ H ١s + و He * در شیوۀ نوشتاری تعداد الکترون ها به صورت باالنویس روی نماد مشخص کنندۀ زیر الیه یا اوربیتال قرار می گیرد. 4

8 آرایش الکترونی اتم بهاینترتیبمدلکوانتومیاتمبهمااینامکانرامیدهدکهچگونگیآرایشالکترونها در اتمها را تعیین کنیم. از آنجا که الکترونها همواره تمایل دارند تا در پایینترین تراز انرژی قرار گیرند بنابراین ترتیب پر شدن زیر الیهها به شکل زیر خواهد بود شکل. 4f 5f 3d 4d 5d 6d p 3p 4p 5p 6p 7p s s 3s 4s 5s 6s 7s شکل شیوۀ پرشدن زیرالیه ها برای نمونه جدول ٣ آرایش الکترونی اتم برخی از عنصرها را نشان می دهد. با بررسی آن جاهای خالی را پر کنید. جدول 3 آرایش الکترونی امت ده عنصر متوالی آرایش الکترونی نوشتاری آرایش الکترونی منوداری مناد شیمیایی عنصر H s s p s s p ١s He Li 3 Be 4 B 5 C 6 N 7 O 8 F 9 Ne پر شدن نخستنی الیۀ الکترونی ١s ١s s s پر شدن نخستنی زیرالیه s از دومنی الیۀ الکترونی ١s s p نیمه پر شدن دومنی زیرالیه از دومنی الیۀ الکترونی s s p پر شدن الیۀ الکترونی دوم اوربیتالهای هم انرژی به اوربیتالهایی میگویند که در یک زیر الیه قرار میگیرند و انرژی یکسانی دارند. زیر الیۀ p دارای سه اوربیتال هم انرژی و زیر الیۀ d دارای پنج اوربیتال همانرژی است. 5

9 قاعدۀ هوند: هنگام پر شدناوربیتالهایهمانرژی )مانند اوربیتالهای p و یا اوربیتالهایd ( تا زمانی که هر یک از اوربیتالها نیمه پر نشده باشد هیچکدام پر نمیشود. آفبا )Aufbau( یک واژۀ آلمانی به معنای رشد یا افزایش گام به گام است. آرایش الکترونی عنصرها در این جدول نشان میدهد که پر شدن زیر الیههایی که بیش از یک اوربیتال هم انرژی دارند به گونهای است که ابتدا در هر اوربیتال یک الکترون وارد میشود و این کار تا نیمه پر شدن زیر الیه ادامه مییابد.سپس زیر الیۀ نیمه پر شده شروع به کامل شدن میکند. به این قاعده قاعدۀ هوند میگویند. اصل آفبا و جدول تناوبی عنصرها اگر برای رسم آرایش الکترونی اتم عنصرهای دیگر از اتم هیدروژن شروع کنیم و سپس یک به یک بر تعداد پروتونهای درون هسته و الکترونهای پیرامون آن بیفزاییم به اینگونه اتم عنصرهای سنگینتر از هیدروژن را به ترتیب افزایش عدد اتمی ساختهایم. این شیوۀ دست یافتن از یک اتم به اتم دیگر را اصل بناگذاری یا آفبا میگویند. فکر کنید در جدول زیر آرایش الکترونی برخی از اتمها را مشاهده میکنید که بر مبنای اصل بناگذاری رسم شده است. با مطالعۀ آن به پرسشهای مطرح شده پاسخ دهید. ١ جدول را کامل کنید. نماد شیمیایی عدد اتمی آرایش الکترونی نماد شیمیایی عدد اتمی آرایش الکترونی H ١s K 9 [Ar]4s برای شیمی دان ها الکترونهایظرفیتیاهمیت بسیاری دارند زیرا بهطور عمده این الکترونها هستند که خواص شیمیایی یک عنصر را تعیین میکنند. He ١s ٢ Ca [Ar]4s Li 3 [He]s Sc [Ar]3d ١ 4s Be 4 [He]s Ti B 5 [He]s p V 3 C 6 [He]s p Cr 4 [Ar]3d ٥ 4s ١ N 7 Mn 5 [Ar]3d ٥ 4s O 8 Fe 6 [Ar]3d ٦ 4s F 9 Co 7 Ne Ni 8 Na [Ne]3s Cu 9 [Ar]3d 4s Mg [Ne]3s Zn 3 [Ar]3d 4s 6

10 از آنجا که الیههای الکترونی در گازهای نجیب Al 3 [Ne]3s 3p Ga 3 پر هستند معمو ال بر ا ی خالصهتر کردن آرایشهای الکترونی به جای الیههای Si p 4 5 [Ne]3s 3p [Ne]3s 3p 3 Ge As 3 33 ا لکتر و نی پر شد ه نما د شیمیایی گاز نجیب با همان تعداد الکترون را درون یک S Cl 6 7 Se Br کروشه قرار می دهند. Ar 8 Kr 36 ٢ فعالیتهای زیر را انجام دهید. آ( عنصرهایی را که تعداد الکترونهای آخرین الیۀ الکترونی یا الیۀ ظرفیت آنها یکسان است به صورت ستونی و به ترتیب افزایش عدد اتمی بچینید. توجه: برخی ستونها ممکن است تک عضوی باشد. ب( عنصرهایی را که آخرین الیۀ الکترونی آنها بهطور کامل پر شده است در یک ستون و به ترتیب افزایش عدد اتمی مرتب کنید. پ( اگر تعداد الکترونهای موجود در آخرین الیۀ الکترونی )بزرگترین n( هر اتم را الکترونهای ظرفیتی بنامیم این تعداد را برای هر ستون رسم شده در بند محاسبه کرده باالی ستون بنویسید. توجه: برای عنصرهایی که اوربیتالd آنها درحال پر شدن است مجموع الکترونهای موجود در اوربیتالهای s الیۀ آخر و d الیۀ پیش از آخر الکترونهای ظرفیتی درنظر گرفته میشوند.در ضمن برای عنصرهایی که اوربیتالp آنها در حال پر شدن است شمارۀ ستون با افزودن عدد به تعداد الکترونهای ظرفیت مشخص میشود. ت( ستونها را طوری کنار هم قرار دهید که تعداد الکترونهای ظرفیتی و عدد اتمی عنصرها در ستونهای کنار هم از چپ به راست افزایش یابد. ٣ بر پایۀ پیشنهادهای زیر عنصرها را دستهبندی کنید. آ( به عنصرهایی که زیر الیۀ s آنها در حال پر شدن است عنصرهای اصلی دستۀ s میگویند. با کشیدن یک چهارگوش آنها را مشخص کنید. ب( به عنصرهایی که زیر الیۀ p آنها در حال پر شدن است عنصرهای اصلی دستۀ p میگویند. با کشیدن یک چهارگوش آنها را مشخص کنید. پ( به عنصرهایی که زیر الیۀ d آنها در حال پر شدن است عنصرهای واسطه میگویند. با کشیدن یک چهارگوش آنها را مشخص کنید. 4 تعداد عنصرهای موجود در هر ردیف را چگونه توجیه میکنید 7

11 5 اگر علت واکنشپذیری عنصرها را تمایل آنها برای دستیابی به الیههای الکترونی پر تعریف کنیم کدام عنصرها از این دید واکنشناپذیرند آنها را نام ببرید. 6 آرایش الکترونی مورد انتظار برای ٢٤ Cr و 9 Cu را رسم کنید. تفاوت مشاهده شده میان این آرایش و آرایش الکترونی داده شده را چگونه توضیح میدهید بیشتر بدانید از دهۀ 96 میالدی به این سو کشف تعداد زیادی ذرۀ زیر اتمی دانشمندان را به این فکر فرو برد که درک پیشین آنها از ساختار اتم بویژه تصور آنها از پروتونها و نوترونها به عنوان ذره های بنیادی نارسا و ناکافی بوده است. این نارسایی با ارایۀ نظریۀ کوارکها در سال 964 تا حدودی برطرف شد ولی این یافتهها طی سی سال گذشته زمینهساز ارایۀ نظریۀ تازه ای شد که به مدل استاندارد ذرهها و برهمکنشها معروف شده است. این نظریۀ جدید طی این سالها به تدریج گسترش یافت و هر روز بر مقبولیت آن افزوده شد. اما در این رهگذر الکترونهای پیرامون هسته کمتر مورد توجه قرار گرفته اند شاید به این علت که برای شیمیدانها مدل کوانتومی اتم هنوز هم بهترین به شمار میآید. 8