Atomas yra mažiausias vienetas esamų kaip paprastas medžiagos dalelių, kuriuos sudaro galimybę įsikišti cheminėje derinys. Per šimtmečius ribotos žinios apie atomą buvo tik spėlionių ir prielaidų objektas, todėl konkrečių duomenų buvo galima gauti tik po daugelio metų. XVIII ir XIX amžiuje anglų mokslininkas Johnas Daltonas pasiūlė, kad atomai egzistuoja kaip itin mažas vienetas, kurį sudarys visa materija, priskyrė jiems masę ir atstovavo kaip tvirtas ir nedalomas sferas.
Kas yra atomas
Turinys
Tai yra minimalus medžiagos vienetas, iš kurio susideda kietosios medžiagos, skysčiai ir dujos. Atomai yra sugrupuoti, galėdami būti to paties tipo ar skirtingi, kad susidarytų molekulės, kurios savo ruožtu sudaro esamų kūnų sudėtį. Tačiau mokslininkai nustatė, kad tik 5% visatos materijos sudaro atomai, nes tamsiąją medžiagą (kuri užima daugiau nei 20% visatos) sudaro nežinomos dalelės ir tamsioji energija (kuris užima 70%).
Jo pavadinimas kilo iš lotyniško atomus, kuris reiškia „nedalomas“, o šią terminologiją jam davė graikų filosofai Demokritas (460–370 m. Pr. Kr.) Ir Epikūras (341–270 m. Pr. Kr.).
Šie filosofai, kurie neeksperimentuodami ieškojo atsakymo į klausimą, iš ko esame sudaryti, ir paaiškinti tikrovę, padarė išvadą, kad neįmanoma be galo skirstyti materijos, kad turi būti „viršūnė“, o tai reiškia, kad jis būtų pasiekęs minimalią ribą, iš kurios susideda visi daiktai. Jie vadino minėtą „viršų“ atomu, nes šios minimalios dalelės nebebuvo galima padalinti ir visata bus sudaryta iš to. Reikėtų pridurti, kad ši sąvoka vis dar išsaugota ir kalbant apie tai, kas yra atomas.
Jis susideda iš branduolio, kuriame yra bent vienas protonas ir tiek pat neutronų (kurių jungtis vadinama „nukleonu“), ir mažiausiai 99,94% jo masės yra minėtame branduolyje. Likusius 0,06% sudaro elektronai, kurie skrieja aplink branduolį. Jei elektronų ir protonų skaičius yra vienodas, atomas yra elektriškai neutralus; jei jis turi daugiau elektronų nei protonai, jo krūvis bus neigiamas ir jis nustatomas kaip anijonas; ir jei protonų skaičius viršys elektronus, jų krūvis bus teigiamas ir vadinamas katijonu.
Jo dydis yra toks mažas (maždaug dešimt milijardo metro), kad jei objektas būtų padalintas daugybę kartų, nebebūtų jokios medžiagos, iš kurios jis buvo pagamintas, tačiau elementų atomai liktų tokie, kartu jie ją suformavo, o jų praktiškai nematyti. Tačiau ne visų tipų atomai turi vienodą formą ir dydį, nes tai priklausys nuo kelių veiksnių.
Atomo elementai
Atomai turi kitus komponentus, kurie juos sudaro vadinamos subatominėmis dalelėmis, kurios negali egzistuoti savarankiškai, nebent jos yra specialiomis ir kontroliuojamomis sąlygomis. Šios dalelės yra: elektronai, turintys neigiamą krūvį; protonai, kurie yra teigiamai įkrauti; ir neutronai, kurių krūvis yra lygus, todėl jie tampa elektriškai neutralūs. Protonai ir neutronai yra atomo branduolyje (centre), formuojantys vadinamąjį nukleoną, o elektronai skrieja aplink branduolį.
Protonai
Ši dalelė yra atomo branduolyje, sudaranti nukleonų dalį, ir jos krūvis yra teigiamas. Jie sudaro apie 50% atomo masės, o jų masė prilygsta 1836 kartus didesnei nei elektrono masei. Tačiau jų masė yra šiek tiek mažesnė nei neutronų. Protonas nėra elementari dalelė, nes jis susideda iš trijų kvarkų (tai yra fermiono tipas, viena iš dviejų esamų elementariųjų dalelių).
Protonų skaičius atome yra lemiamas apibrėžiant elemento tipą. Pavyzdžiui, anglies atomas turi šešis protonus, o vandenilio atomas - tik vieną protoną.
Elektronai
Jie yra neigiamos dalelės, skriejančios aplink atomo branduolį. Jo masė yra tokia maža, kad ji laikoma vienkartine. Paprastai atome esančių elektronų skaičius yra toks pats kaip protonų, todėl abu krūviai vienas kitą panaikina.
Skirtingų atomų elektronus jungia Kulono jėga (elektrostatinė), o kai jie dalijasi ir keičiasi iš vieno atomo į kitą, tai sukelia cheminius ryšius. Yra elektronų, kurie gali būti laisvi, neprisirišę prie kokio nors atomo; ir tie, kurie yra susieti su vienu, gali turėti skirtingo dydžio orbitas (kuo didesnis orbitos spindulys, tuo didesnė joje esanti energija).
Elektronas yra elementari dalelė, nes tai yra fermiono tipas (leptonai) ir jo nesudaro joks kitas elementas.
Neutronai
Tai yra subatominė neutrali atomo dalelė, tai yra, ji turi tą patį kiekį teigiamo ir neigiamo krūvio. Jo masė yra šiek tiek didesnė nei protonų, su kuriais jis sudaro atomo branduolį.
Kaip ir protonai, neutronai susideda iš trijų kvarkų: du leidžiasi arba leidžiasi žemyn, kai krūvis yra -1/3, o vienas - aukštyn arba aukštyn, kai krūvis yra +2/3, todėl bendras krūvis yra nulinis, o tai suteikia neutralumo. Neutronas pats savaime negali egzistuoti už branduolio ribų, nes jo vidutinis gyvenimas už branduolio yra apie 15 minučių.
Neutronų kiekis atome lemia jo pobūdį, nebent tai yra izotopas.
Izotopai
Tai yra atomų tipas, kurio branduolinė sudėtis nėra teisinga; tai yra jis turi tą patį protonų skaičių, bet skirtingą neutronų skaičių. Šiuo atveju tą patį elementą sudarantys atomai bus skirtingi, diferencijuojami pagal juose esančių neutronų skaičių.
Yra dviejų tipų izotopai:
- Natūralus, randamas gamtoje, pavyzdžiui, vandenilio atomas, turintis tris (protium, deuterium ir tritium); arba anglies atomas, kuris taip pat turi tris (anglis-12, anglis-13 ir anglis-14; kiekvienas turi skirtingas naudingumo savybes).
- Dirbtiniai, kurie gaminami kontroliuojamoje aplinkoje, kurioje subatominės dalelės yra bombarduojamos, yra nestabilios ir radioaktyvios.
Yra stabilių izotopų, tačiau minėtas stabilumas yra santykinis, nes, nors jie yra radioaktyvūs tuo pačiu būdu, jų irimo laikotarpis yra ilgas, palyginti su planetos egzistavimu.
Kaip apibrėžiami atomo elementai
Atomas bus diferencijuotas arba apibrėžtas keliais veiksniais, būtent:
- Protonų kiekis: šio skaičiaus kitimas gali lemti skirtingą elementą, nes jis nustato, kuriam cheminiam elementui jis priklauso.
- Neutronų skaičius: nurodo elemento izotopą.
Jėga, kuria protonai pritraukia elektronus, yra elektromagnetinė; o tas, kuris pritraukia protonus ir neutronus, yra branduolinis, kurio intensyvumas yra didesnis už pirmąjį, kuris atstumia teigiamai įkrautus protonus vienas nuo kito.
Jei atomuose yra daug protonų, juos atstumianti elektromagnetinė jėga taps stipresnė už branduolinę, yra tikimybė, kad nukleonai bus išstumti iš branduolio, sukeldami branduolio skilimą arba dar vadinamą radioaktyvumu; vėliau sukelti branduolio transmutaciją, kuri yra vieno elemento pavertimas kitu (alchemija).
Kas yra atominis modelis
Tai schema, padedanti apibrėžti, kas yra atomas, jo sudėtis, pasiskirstymas ir pateikiamos savybės. Nuo šio termino gimimo buvo sukurti skirtingi atominiai modeliai, kurie leido mums geriau suprasti materijos struktūrą.
Reprezentatyviausi atominiai modeliai yra šie:
Bohro atominis modelis
Danų fiziką Nielsą Bohrą (1885-1962) po studijų su savo profesoriumi, chemiku ir fiziku Ernestu Rutherfordu, pastarojo modelis įkvėpė atskleisti savąjį, vadovaudamasis vandenilio atomu.
Bohro atominį modelį sudaro tam tikra planetų sistema, kurios branduolys yra centre, o elektronai juda aplink jį kaip planetos, stabilios ir apskritos orbitos, kur didesnė kaupia daugiau energijos. Tai apima dujų absorbciją ir emisiją, Maxo Plancko kvantavimo teoriją ir fotoelektrinį efektą
Albertas Einšteinas
Elektronai gali peršokti iš vienos orbitos į kitą: jei jis pereis iš vienos žemesnės energijos į kitą aukštesnės energijos, tai padidins kiekvienos pasiekiamos orbitos energijos kvantą; Priešingai nutinka, kai ji pereina iš aukštesnės į mažesnę energiją, kur ji ne tik mažėja, bet ir praranda ją spinduliuotės, pavyzdžiui, šviesos (fotono) pavidalu.
Tačiau Bohro atominis modelis turėjo trūkumų, nes jis nebuvo taikomas kitų tipų atomams.
Daltono atominis modelis
Johnas Daltonas (1766–1844), matematikas ir chemikas, buvo mokslinio pagrindo leidimo atomo modelio pradininkas, kuriame jis teigė, kad atomai buvo panašūs į biliardo kamuoliukus, tai yra sferinius.
Daltono atominis modelis savo požiūriu (kurį jis pavadino „atomine teorija“) įrodo, kad atomų negalima padalyti. Tai taip pat nustato, kad to paties elemento atomai yra vienodų savybių, įskaitant jų svorį ir masę; kad nors juos galima sujungti, jie išlieka nedalomi paprastais santykiais; ir kad juos galima įvairiomis proporcijomis derinti su kitų tipų atomais, kad būtų sukurti įvairūs junginiai (dviejų ar daugiau atomų tipų susijungimas).
Šis atominis Daltono modelis buvo nenuoseklus, nes jis nepaaiškino subatominių dalelių buvimo, nes elektrono ir protono buvimas nebuvo žinomas. Tai taip pat negalėjo paaiškinti radioaktyvumo reiškinių ar elektronų srovės (katodo spindulių); be to, neatsižvelgiama į izotopus (to paties elemento atomus, turinčius skirtingą masę).
Rutherfordo atominis modelis
Fiziko ir chemiko Ernesto Rutherfordo (1871–1937) užaugintas šis modelis yra analogija Saulės sistemai. Rutherfordo atominis modelis nustato, kad didžiausias atomo masės procentas ir jo teigiama dalis yra jo branduolyje (centre); o neigiama dalis arba elektronai sukasi aplink ją elipsinėmis ar apskritomis orbitomis, tarp kurių yra vakuumas. Taigi tai tapo pirmuoju modeliu, skiriančiu atomą į branduolį ir apvalkalą.
Fizikas atliko eksperimentus, kurių metu jis apskaičiavo dalelių pasklidimo kampą, kai jos pataikė į auksinę foliją, ir pastebėjo, kad kai kurios atšoko nesuderinamais kampais ir padarė išvadą, kad jų branduolys turi būti mažas, bet didelio tankio. Rutherfordo, kuris buvo JJ Thomsono mokinys, dėka taip pat buvo pirmoji mintis apie neutronų buvimą. Kitas pasiekimas buvo klausimų kėlimas, kaip teigiami krūviai branduolyje galėtų likti kartu tokiu mažu tūriu, o tai vėliau paskatino atrasti vieną iš pagrindinių sąveikų: stiprią branduolinę jėgą.
Rutherfordo atominis modelis buvo nenuoseklus, nes prieštaravo Maksvelo dėsniams dėl elektromagnetizmo; taip pat nepaaiškino energijos spinduliavimo reiškinių pereinant elektroną iš didelės į žemą energijos būseną.
Thomsono atominis modelis
Ją atskleidė mokslininkas ir 1906 m. Nobelio fizikos premijos laureatas Josephas Johnas Thomsonas (1856–1940). Thomsono atominiame modelyje atomas apibūdinamas kaip teigiamai įkrauta sferinė masė, į kurią įterpiami elektronai, kaip razinų pudingas. Šiame modelyje esančių elektronų skaičius buvo pakankamas, kad neutralizuotų teigiamą krūvį, o teigiamos masės ir elektronų pasiskirstymas buvo atsitiktinis.
Jis eksperimentavo su katodo spinduliais: vakuuminiame vamzdyje jis praleido srovės spindulius dviem plokštelėmis, sukurdamas elektrinį lauką, kuris juos nukreipė. Taigi jis nustatė, kad elektrą sudaro kita dalelė; atrandant elektronų egzistavimą.
Tačiau Thomsono atominis modelis buvo trumpas, niekada neturėdamas akademinio pritarimo. Jo aprašytas vidinės atomo struktūros aprašymas buvo neteisingas, taip pat ir krūvių pasiskirstymas, neatsižvelgta į neutronų egzistavimą ir apie protonus nebuvo žinoma. Taip pat nepaaiškina periodinės elementų lentelės taisyklingumo.
Nepaisant to, jų tyrimai buvo pagrindas vėlesniems atradimams, nes pagal šį modelį buvo žinoma apie subatominių dalelių egzistavimą.
Atominė masė
Atvaizduojama raide A, visa atome esanti protonų ir neutronų masė, neatsižvelgiant į elektronus, vadinama atomine mase, nes jų masė yra tokia maža, kad ją galima išmesti.
Izotopai yra to paties elemento atomų variacijos su tuo pačiu protonų skaičiumi, tačiau skirtingu neutronų skaičiumi, todėl jų atominė masė bus kitokia, net jei jie yra labai panašūs.
Atominis skaičius
Jį žymi raidė Z ir nurodo protone, esančiame atome, skaičių, kuris yra vienodas jame esančių elektronų skaičius. 1869 m. Mendelejevo periodinė lentelė yra išdėstyta nuo mažiausios iki didžiausios pagal atominį skaičių.
