Atoms ir mazākā vienība daļiņu esošo kā vienkāršu vielu, kas spēj iejaukties ķīmiskā kombināciju. Gadsimtu gaitā ierobežotās zināšanas, kas bija par atomu, bija tikai minējumu un pieņēmumu priekšmets, tāpēc konkrētus datus varēja iegūt tikai pēc daudziem gadiem. 18. un 19. gadsimtā angļu zinātnieks Džons Daltons ieteica atomu pastāvēšanu kā ārkārtīgi mazu vienību, no kuras visa matērija sastāvēs, un piešķīra tām masu un pārstāvēja kā cietas un nedalāmas sfēras.
Kas ir atoms
Satura rādītājs
Tā ir minimālā vielas vienība, no kuras sastāv cietās vielas, šķidrumi un gāzes. Atomi tiek sagrupēti kopā, spējot būt viena tipa vai atšķirīgi, veidojot molekulas, kas savukārt veido jautājumu, no kura sastāv esošie ķermeņi. Tomēr zinātnieki ir noteikuši, ka tikai 5% matērijas Visumā veido atomi, jo tumšo vielu (kas aizņem vairāk nekā 20% Visuma) veido nezināmas daļiņas, kā arī tumšā enerģija (kas aizņem 70%).
Tās nosaukums cēlies no latīņu valodas atomus, kas nozīmē "nedalāms", un tie, kas tam piešķīruši šo terminoloģiju, bija grieķu filozofi Democritus (460-370 BC) un Epicurus (341-270 BC).
Šie filozofi, kuri bez eksperimentiem, meklējot atbildi uz jautājumu par to, no kā mēs sastāvam, un skaidrojumu par realitāti, secināja, ka nav iespējams bezgalīgi sadalīt matēriju, ka ir jābūt "augšai", kas nozīmēja, ka tas būtu sasniedzis minimālo robežu, no kā sastāv visas lietas. Viņi nosauca šo "augšējo" par atomu, jo šo minimālo daļiņu vairs nevarēja sadalīt un Visums sastāvēs no tā. Jāpiebilst, ka šis jēdziens joprojām tiek saglabāts, runājot par to, kas ir atoms.
Tas sastāv no kodola, kurā ir vismaz viens protons un vienāds skaits neitronu (kuru savienojumu sauc par “nukleonu”), un vismaz 99,94% no tā masas atrodas minētajā kodolā. Atlikušos 0,06% veido elektroni, kas riņķo ap kodolu. Ja elektronu un protonu skaits ir vienāds, atoms ir elektriski neitrāls; ja tajā ir vairāk elektronu nekā protonu, tā lādiņš būs negatīvs un to nosaka kā anjonu; un, ja protonu skaits pārsniedz elektronus, to lādiņš būs pozitīvs un tiks saukts par katjonu.
Tā izmērs ir tik mazs (aptuveni desmit tūkstoši miljonās metra), ka, ja objektu sadalītu ievērojamu skaitu reižu, vairs nebūtu materiāla, no kura tas tika izgatavots, bet elementu atomi paliktu. kopā viņi to veidoja, un tie praktiski nav redzami. Tomēr ne visiem atomu veidiem ir vienāda forma un izmērs, jo tas būs atkarīgs no vairākiem faktoriem.
Atoma elementi
Atomiem ir citas sastāvdaļas, kas tos veido par subatomiskām daļiņām, kuras nevar pastāvēt neatkarīgi, ja vien nav īpašos un kontrolētos apstākļos. Šīs daļiņas ir: elektroni, kuriem ir negatīvs lādiņš; protoni, kas ir pozitīvi uzlādēti; un neitroni, kuru lādiņš ir vienāds, kas padara tos elektriski neitrālus. Protoni un neitroni ir atrodami atoma kodolā (centrā), veidojot tā dēvēto nukleonu, un elektroni riņķo ap kodolu.
Protoni
Šī daļiņa atrodas atoma kodolā, veidojot daļu no nukleoniem, un tās lādiņš ir pozitīvs. Tie veido aptuveni 50% no atoma masas, un to masa ir ekvivalenta 1836 reizes lielākai par elektrona masu. Tomēr to masa ir nedaudz mazāka nekā neitroniem. Protons nav elementāra daļiņa, jo to veido trīs kvarki (kas ir fermiona tips, viena no divām esošajām elementārdaļiņām).
Protonu skaits atomā ir noteicošais, nosakot elementa tipu. Piemēram, oglekļa atomā ir seši protoni, savukārt ūdeņraža atomā ir tikai viens protons.
Elektroni
Tās ir negatīvās daļiņas, kas riņķo ap atoma kodolu. Tā masa ir tik niecīga, ka to uzskata par vienreizēju. Parasti elektronu skaits atomā ir tāds pats kā protoniem, tāpēc abi lādiņi viens otru atceļ.
Dažādu atomu elektronus saista Kulona spēks (elektrostatiskais), un, daloties un apmainoties no viena atoma uz otru, tas izraisa ķīmiskās saites. Ir elektroni, kas var būt brīvi, nepiesaistoties nevienam atomam; un tiem, kas ir saistīti ar vienu, var būt dažāda lieluma orbītas (jo lielāks orbītas rādiuss, jo lielāka tajā esošā enerģija).
Elektrons ir elementāra daļiņa, jo tas ir fermiona tips (leptoni), un to neveido neviens cits elements.
Neitroni
Tā ir atoma subatomiskā neitrālā daļiņa, tas ir, tai ir vienāds pozitīvā un negatīvā lādiņa daudzums. Tās masa ir nedaudz lielāka nekā protoniem, ar kuriem tā veido atoma kodolu.
Tāpat kā protoni, arī neitroni sastāv no trim kvarkiem: diviem lejupejošiem vai lejup ar lādiņu -1/3 un vienam augšupejošam vai augšup ar lādiņu +2/3, kā rezultātā kopējais lādiņš ir nulle, kas piešķir tam neitralitāti. Neitrons pats par sevi nevar pastāvēt ārpus kodola, jo tā vidējais mūžs ārpus kodola ir apmēram 15 minūtes.
Neitronu daudzums atomā nenosaka tā būtību, ja vien tas nav izotops.
Izotopi
Tie ir atomu veidi, kuru kodola sastāvs nav taisnīgs; tas ir, tam ir vienāds protonu skaits, bet atšķirīgs neitronu skaits. Šajā gadījumā atomi, kas veido to pašu elementu, būs atšķirīgi, diferencēti pēc to saturošo neitronu skaita.
Ir divu veidu izotopi:
- Dabisks, atrodams dabā, piemēram, ūdeņraža atoms, kuram ir trīs (protiums, deitērijs un tritijs); vai oglekļa atomu, kuram ir arī trīs (ogleklis-12, ogleklis-13 un ogleklis-14; katram ir atšķirīgas utilītas).
- Mākslīgais, kas tiek ražots kontrolētā vidē, kurā subatomiskās daļiņas tiek bombardētas, ir nestabilas un radioaktīvas.
Ir stabili izotopi, taču šī stabilitāte ir relatīva, jo, lai arī tie ir radioaktīvi tādā pašā veidā, to sabrukšanas periods ir garš, salīdzinot ar planētas esamību.
Kā tiek definēti atoma elementi
Atomu diferencēs vai definēs vairāki faktori, proti:
- Protonu daudzums: šī skaitļa variācija var izraisīt atšķirīgu elementu, jo tas nosaka, kuram ķīmiskajam elementam tas pieder.
- Neitronu skaits: norāda elementa izotopu.
Spēks, ar kuru protoni piesaista elektronus, ir elektromagnētisks; kamēr protonus un neitronus piesaista kodols, kura intensitāte ir lielāka nekā pirmā, kas atgrūž pozitīvi lādētos protonus viens no otra.
Ja atomā ir liels protonu skaits, elektromagnētiskais spēks, kas tos atgrūž, kļūs spēcīgāks nekā kodols, pastāv varbūtība, ka nukleoni tiks izstumti no kodola, izraisot kodola sadalīšanos vai arī to, kas pazīstams arī kā radioaktivitāte; lai vēlāk iegūtu kodola transmutāciju, kas ir viena elementa pārveidošana citā (alķīmija).
Kas ir atomu modelis
Tā ir shēma, kas palīdz noteikt, kas ir atoms, tā sastāvs, sadalījums un raksturīgās pazīmes. Kopš šī termina dzimšanas ir izstrādāti dažādi atomu modeļi, kas ļāva mums labāk izprast matērijas struktūru.
Reprezentatīvākie atomu modeļi ir:
Bora atomu modelis
Dāņu fiziķis Nīls Bohs (1885-1962) pēc mācībām pie sava profesora, ķīmiķa un arī fiziķa Ernesta Lutherforda, tika iedvesmots no pēdējā modeļa, lai atmaskotu savu, ņemot par pamatu ūdeņraža atomu.
Bora atomu modelis sastāv no sava veida planētu sistēmas, kurā kodols atrodas centrā, un elektroni ap to pārvietojas kā planētas, stabilās un apļveida orbītās, kur lielākā uzkrājas vairāk enerģijas. Tajā ietilpst gāzu absorbcija un emisija, Maksa Planka kvantēšanas teorija un fotoelektriskā ietekme
Alberts Einšteins
Elektroni var pāriet no vienas orbītas uz otru: ja tas pāriet no zemākas enerģijas uz otru ar augstāku enerģiju, tas palielinās enerģijas kvantu katrai sasniegtajai orbītā; Notiek pretējais, kad tas pāriet no augstākas uz zemāku enerģiju, kur tas ne tikai samazinās, bet arī zaudē to starojuma veidā, piemēram, gaismu (fotonu).
Tomēr Bora atomu modelim bija trūkumi, jo tas nebija piemērojams cita veida atomiem.
Daltona atomu modelis
Džons Daltons (1766-1844), matemātiķis un ķīmiķis, bija pionieris atomu modeļa publicēšanai ar zinātnisku pamatojumu, kurā viņš paziņoja, ka atomi ir līdzīgi biljarda bumbām, tas ir, sfēriski.
Daltona atomu modelis savā pieejā (ko viņš sauca par "atomu teoriju") nosaka, ka atomus nevar sadalīt. Tas arī nosaka, ka tā paša elementa atomiem ir identiskas kvalitātes, ieskaitot to svaru un masu; lai arī tos var apvienot, tie paliek nedalāmi ar vienkāršām attiecībām; un ka tos var kombinēt dažādās proporcijās ar cita veida atomiem, lai izveidotu dažādus savienojumus (divu vai vairāku veidu atomu savienojums).
Šis Daltona atomu modelis bija pretrunīgs, jo tas nepaskaidroja subatomisko daļiņu klātbūtni, jo elektrona un protona klātbūtne nebija zināma. Tas arī nevarēja izskaidrot radioaktivitātes parādības vai elektronu strāvu (katoda starus); turklāt tajā netiek ņemti vērā izotopi (viena elementa atomi ar dažādu masu).
Rezerfordas atomu modelis
Fizikas un ķīmiķa Ernesta Rezerforda (1871–1937) audzinātais šis modelis ir līdzība ar Saules sistēmu. Rezerforda atomu modelis nosaka, ka vislielākais atoma masas un tā pozitīvās daļas procents ir atrodams tā kodolā (centrā); un negatīvā daļa vai elektroni ap to griežas elipsveida vai apļveida orbītās, starp tām ir vakuums. Tādējādi tas kļuva par pirmo modeli, kas atomu atdalīja kodolā un apvalkā.
Fiziķis veica eksperimentus, kuros viņš aprēķināja daļiņu izkliedēšanas leņķi, kad tās ietriecās zelta folijā, un pamanīja, ka daži atlec nesakritīgos leņķos, secinot, ka to kodolam jābūt mazam, bet ar lielu blīvumu. Pateicoties Rezerfordam, kurš bija Dž.Dž. Tomsona students, bija arī pirmais priekšstats par neitronu klātbūtni. Vēl viens sasniegums bija jautājumu uzdošana par to, kā pozitīvie lādiņi kodolā varētu palikt kopā tik mazā apjomā, kā rezultātā vēlāk tika atklāta viena no fundamentālajām mijiedarbībām: spēcīgais kodolspēks.
Rezerforda atomu modelis bija pretrunīgs, jo tas bija pretrunā ar Maksvela likumiem par elektromagnētismu; tas arī nepaskaidroja enerģijas starojuma parādības, pārejot elektronam no augsta stāvokļa uz zemu enerģijas stāvokli.
Tomsona atomu modelis
To atklāja zinātnieks un 1906. gada Nobela prēmijas fizikā ieguvējs Džozefs Džons Tomsons (1856-1940). Tomsona atomu modelis atomu raksturo kā pozitīvi lādētu sfērisku masu, kurā tajā ievietoti elektroni, piemēram, rozīņu pudiņš. Šajā modelī elektronu skaits bija pietiekams, lai neitralizētu pozitīvo lādiņu, un pozitīvās masas un elektronu sadalījums bija nejaušs.
Viņš eksperimentēja ar katoda stariem: vakuuma caurulē viņš ar divām plāksnēm izlaida strāvas starus, radot elektrisko lauku, kas tos novirzīja. Tādējādi viņš noteica, ka elektrību veido cita daļiņa; atklājot elektronu esamību.
Tomēr Tomsona atomu modelis bija īss, nekad tam nebija akadēmiskas piekrišanas. Viņa atoma iekšējās struktūras apraksts bija nepareizs, kā arī lādiņu sadalījums, tajā netika ņemta vērā neitronu esamība un nebija zināms par protoniem. Tas arī nepaskaidro elementu periodiskās tabulas regularitāti.
Neskatoties uz to, viņu pētījumi kalpoja par pamatu vēlākiem atklājumiem, jo no šī modeļa bija zināms par subatomisko daļiņu esamību.
Atomu masa
Pārstāvot burtu A, atomu saturošo protonu un neitronu kopējo masu sauc par atomu masu, neņemot vērā elektronus, jo to masa ir tik maza, ka to var izmest.
Izotopi ir viena elementa atomu variācijas ar vienādu protonu skaitu, bet atšķirīgu neitronu skaitu, tāpēc to atomu masa būs atšķirīga pat tad, ja tie ir ļoti līdzīgi.
Atomu skaitlis
To attēlo burts Z un tas attiecas uz atomā esošo protonu skaitu, kas ir vienāds tajā esošo elektronu skaits. Mendeļejeva 1869. gada elementu periodiskā tabula ir sakārtota no mazākās uz lielāko pēc atomu skaita.
