Vyvíjelo se to asi takhle...
Joseph J. Thomson (1856-1940) - ten s pudinkem
V roce 1897 se anglickému fyzikovi Josephu Thomsonovi podařilo provést důležitý experiment. Ze skleněné trubičky vysál téměř všechen vzduch a vložil do ní dvě elektrody - kousky kovu, které vodí elektřinu. Když pak do elektrod pustil elektrický proud, začal mezi nimi putovat oslnivě zářící proud částic.
Zjistil navíc, že tento proud částic je možné vychýlit z dráhy - pohybovaly se směrem ke kladnému a směrem od záporného náboje. Z toho usoudil, že jde o jakési částice, které mají záporný náboj a které jsou součástí atomů. Pojmenoval je elektrony.
Ale protože většina hmoty není záporně nabitá (sama se neodpuzuje ani nevede elektrický proud), vyplývá z toho, že v atomech musí být nějaký kladný náboj, který záporný náboj elektronů vyvažuje. Thomson si představoval, že celý vnitřek atomu je vyplněný hmotou, která má kladný náboj, a v ní jsou umístěny malé elektrony - jako rozinky v pudinku. Pokud jich je příliš málo, bude mít atom kladný náboj (vznikne z něj tzv. kation), a pokud jich bude příliš mnoho, bude mít atom záporný náboj (vznikne z něj tzv. anion).
Sluší se dodat, že slovem atom se vždy myslí neutrální částice. Spojení „atom s kladným nábojem” se správně nepoužívá. Totéž samozřejmě platí i pro anion.
Ernest Rutherford (1871 -1937) - ten s planetami
Ernest Rutherford byl fyzik z Nového Zélandu a Thomsonův student. V jednom ze svých experimentů „ostřeloval” tenkou zlatou fólii tzv. alfa částicemi. To jsou částice, o kterých se už tehdy vědělo, že mají kladný náboj, a vyzařují je některé radioaktivní látky, například radium (Ra). Kdyby atomy vypadaly tak, jak si je představoval Thomson, mělo by záření koulí jednoduše proletět.
Místo toho se však částice od fólie odrážely nebo prolétávaly a prudce měnily směr. Rutherford z toho usoudil, že atom nemůže být jen oblak kladného náboje s několika elektrony (jako si to představoval Thomson), nýbrž že musí být jeho kladný náboj někde „koncentrovaný” - přišel s tzv. planetárním modelem atomu. V něm existuje kladně nabité jádro (jako Slunce), okolo kterého obíhají záporně nabité elektrony (jako planety, tvoří jeho obal) a mezi nimi není nic.
Niels Bohr (1885-1962) - ten, který to skoro rozlousknul
Problém s Rutherfordovým modelem byl v tom, že kdyby se elektrony chovaly jako planety, zřítily by se dřív nebo později do jádra (jako se jednoho dne zřítí Země do Slunce). V případě elektronů by to bylo spíše dřív než později - přibližně za 10^{-16} vteřiny. Elektrony by totiž byly přitahovány nábojem jádra. Ale protože svět existuje a atomy také, bylo na jeho modelu potřeba udělat pár úprav.
Dánský fyzik Niels Bohr přišel s modelem, kde se jádro a elektrony nechovají tak, že by bylo možné je přirovnat k něčemu, co znáš z běžného života. Elektrony se v něm pohybují kolem jádra po kružnicích, které od něj mají přesně danou vzdálenost. Těmto kružnicím se říká energetické hladiny a je jich sedm - K, L, M, N, O, P, Q.
Každý elektron má své určité množství energie - elektrony, které se pohybují blíže jádru, mají méně energie než elektrony, které se od jádra pohybují dále. Pokud by elektron chtěl přestoupit z nižší hladiny na vyšší (odborně se tomuto říká excitace), musel by dostat přesně tolik energie, kolik činí rozdíl mezi těmito energetickými hladinami ne více, ne méně. Tu může získat z fotonů, tedy z elektromagnetického záření. Pokud by naopak chtěl přejít na nižší hladinu, musel by přebytečnou energii vyzářit (deexcitace).
Velikou výhodou tohoto modelu je, že vysvětluje, jak a proč se atomy chovají při ozařování elektromagnetickým zářením (např. světlem, rentgenovými paprsky atd.).
Pokud ti z toho jde hlava kolem, nic si z toho nedělej. Richard Feynman, jeden z největších fyziků všech dob a držitel Nobelovy ceny, o tom řekl: „Myslím, že můžu bezpečně říct, že kvantové mechanice nikdo nerozumí.”
Louis de Broglie a Erwin Schrödinger - ti, co z toho udělali blázinec
Ne že by Bohrův model atomu nefungoval, měl ale jednu velikou mouchu - bylo možné ho uplatnit pouze u atomů, které mají jeden elektron. U všech ostatních atomů, a těch je spousta, se situace komplikuje.
Podstatně sofistikovanější, tzv. kvantově-mechanický, model dali dohromady francouzský fyzik Louis de Broglie a později rakouský fyzik Erwin Schrödinger, který vytvořil tzv. Schrödingerovu rovnici. Jejím výsledkem je něco, co se nazývá vlnová funkce elektronu. Jednoduše řečeno, vlnová funkce elektronu říká, kde se elektron nachází. Nelze však zároveň určit, kde je a kam se bude pohybovat. Lze pouze s určitou pravděpodobností tvrdit, že se nachází v určitém prostoru. Tento prostor však ani po zjednodušení rozhodně nepřipomíná kružnici. Na čím vyšší energetické hladině elektron je, tím je prostor, ve kterém se může nacházet, složitější.
zjednodušené „prostory”, ve kterých se s velikou pravděpodobností nachází elektron
(vlevo jsou orbitaly o nižší energii, vpravo orbitaly o vyšší energii)
Těmto „prostorům“ se správně říká orbitaly.
V současnosti je kvantově-mechanický model ten nejdokonalejší, co vědci znají. Jeho nevýhodou je jeho extrémní složitost. Jakékoliv výpočty týkající se tohoto modelu vyžadují zjednodušení a počítače o velikém výpočetním výkonu.
Existují i teorie, které výše uvedenou teorii ještě trochu upřesňují. Na střední škole (a nejen tam) si však bohatě vystačíš se zjednodušeným výkladem kvantově-mechanického modelu.