Атом – унікальна частинка всесвіту. Ця стаття постарається донести до читача інформацію про цей елемент матерії. Тут ми розглянемо такі питання: який діаметр атома і його розміри, які він має якісні параметри, в чому полягає його роль у Всесвіті.

Знайомство з атомом

Атом – складова частинка речовини, що має мікроскопічні розміри та масу. Це найменша частина елементів хімічної природи з неймовірно малими розмірами і масою. Атоми будуються з двох основних структурних елементів, а саме з електронів і атомного ядра, яке, в свою чергу, утворюється протонами і нейтронами. Число протонів може відрізнятися від кількості нейтронів. Як у хімії, так і в фізиці атоми, в яких величина протонів порівнянна з кількістю електронів, називають електрично нейтральними. Якщо число електронів вище або нижче числа протонів, то атом, купуючи позитивний чи негативний заряд, стає іоном.


Атоми і молекули в фізиці довгий час вважалися дрібними «цеглинками», з яких будується Всесвіт, і навіть після відкриття ще менших складових компонентів залишаються серед найважливіших відкриттів в історії людства. Саме атоми, пов'язані за допомогою міжатомних зв'язків, що утворюють молекули. Основна маса атома зосереджена в ядрі, а саме, у вазі його протонів, які становлять близько 999 % від значень загальної величини.

Історичні дані

Завдяки досягненням науки в області фізики і хімії було скоєно безліч відкриттів щодо природи атома, його будови і можливостей. Були проведені численні досліди й розрахунки, під час яких людина змогла відповісти на такі питання: який діаметр атома, його розмір, і багато іншого.


Вперше поняття атома було відкрито і сформульовано філософами давньої Греції і Риму. У XVII–XVIII століттях хіміки змогли за допомогою експериментів довести ідею про атом як найменшу частку речовини. Вони показали, що безліч речовин можна розщеплювати багаторазово за допомогою хімічних методів. Проте надалі відкриті фізиками субатомні частинки показали, що навіть атом можна розділити, а він будується з субатомних компонентів. Міжнародний з'їзд вчених з хімії в Карлсруе, розташованому на території Німеччини, в 1860 р. прийняв рішення щодо поняття про атомах і молекулах, де атом розглядається як найменша частина хімічних елементів. Отже, він також входить до складу речовин простого і складного типу. Діаметр атома водню був вивчений одним з найперших. Проте його розрахунки були зроблені безліч разів і останні з них, опубліковані в 2010 р., показали, що на 4 % менше, ніж передбачалося раніше (10 -8 ). Показник загального значення величини атомного ядра відповідає числу 10 -13 -10 -12 , а порядок величини всього діаметра дорівнює 10 -8 . Це викликало безліч протиріч і проблем, оскільки сам водень по праву відноситься до основних складових частин всієї осяжній Всесвіту, а подібна нестикування змушує здійснювати безліч перерахунків по відношенню до фундаментальних тверджень.

Атом і його модель

В даний час відомо п'ять основних моделей атома, що відрізняються між собою, насамперед, тимчасовими рамками уявленнями про його пристрої. Розглянемо безпосередньо моделі:

Шматочки, з яких складається матерія. Демокріт вважав, що будь-властивість речовин повинне визначатися його формами, масою та іншими поруч практичних характеристик. Наприклад, вогонь може обпалити, тому що його атоми гострі. Згідно думку Демокріта, навіть душа утворена атомами.

Атомна модель Томсона, створена 1904 р., самим Дж. Дж. Томсоном. Він припустив, що атом можна приймати як позитивно зарядженого тіла, укладеного всередині електронів.

Рання планетарна атомна модель Нагаоки, створена в 1904 році, вважала, що пристрій атома аналогічно системі Сатурна. Ядро маленьких розмірів і має позитивний показник заряду оточене електронами, що рухаються по кільцям.

Атомна планетарна модель, відкрита Бором і Резерфордом. У 1911 р. Е. Резерфорд, після того як провів цілий ряд експериментів, став вважати, що атом схожий з планетарною системою, де у електронів є орбіти, по яких вони рухаються навколо ядра. Однак це припущення йшло в розріз з даними класичної електродинаміки. Щоб довести спроможність цієї теорії, Нільс Бор ввів поняття про постулатах, затверджують і показують, що електрону не потрібно витрачати енергію, так як він знаходиться в певному, спеціальному енергетичному стані. Вивчення атома в подальшому призвело до того, що з'явилася квантова механіка, яка змогла пояснити безліч протиріч, які можна було спостерігати.

Квантово-механічна атомна модель стверджує, що центральна основа розглянутої частинки складається з ядра, що утворюється з протонів, а також нейтронів і електронів, що рухаються навколо нього.

Особливості будови

Розмір атома раніше визначав, що це неподільна частинка. Однак безліч дослідів і експериментів показали нам, що він будується з субатомних частинок. Будь атом складається з електронів, протонів і нейтронів, за винятком водню – 1 який не включає в себе останні.
Стандартна модель показує, що протони і нейтрони утворені за допомогою взаємодії між кварками. Вони відносяться до фермионам, поряд з лептонами. В даний час розрізняють 6 видів кварків. Протони своєю освітою зобов'язані двом u-кварками і одного d-кварку, а нейтрон – одному u-кварку і двох d-кварками. Ядерна взаємодія сильного типу, яким зв'язуються кварки, передається за допомогою глюонов. Рух електронів в атомному просторі зумовлюється їх «бажання» бути ближче до ядра, іншими словами, притягатися, а також кулоновскими силами взаємодії між ними. Ці ж типи сил утримують кожен електрон в потенційному бар'єру, окружившем ядро. Орбіта руху електронів обумовлює величину діаметра атома, рівну прямій лінії, що проходить від однієї точки до кола до іншого, а також через центр. У атома є його спін, який представлений власним імпульсним моментом і лежить поза межами розуміння загальної природи матерії. Описується за допомогою квантової механіки.

Розміри і маса

Кожне ядро атома з однаковим показником числа протонів відноситься до загального хімічного елемента. До ізотопів відносяться представники атомів одного елемента, але мають відмінність в нейтронному кількості. Оскільки у фізиці будова атома вказують на те, що основну їх масу становлять протони і нейтрони, то загальну суму даних частинок мають масовим числом. Вираз атомної маси в стані спокою відбувається за допомогою використання атомних одиниць маси (а. е. м.), які по-іншому називаються дальтонами (Так). Розмір атома не має чітко виражених меж. Бо визначається він за допомогою вимірювання відстані між ядрами однакового типу атомів, хімічно зв'язаних між собою. Інший спосіб вимірювання можливий при розрахунку тривалості шляху від ядра до подальшої з наявних електронних орбіт стабільного типу. Періодична система елементів Менделєєва Д. І. має в собі атоми за розміром, від менших до більших, в напрямку стовпця зверху вниз, рух у напрямку зліва направо також заснована на зменшенні їх розмірів.

Час розпаду

Всі хім. елементи мають ізотопи, від одного і вище. Вони містять у собі нестабільне ядро, які впливають радіоактивного розпаду, внаслідок чого відбувається випущення частинок чи електромагнітного випромінювання. Радіоактивним називають той ізотоп, у якого величина радіусу сильної взаємодії виходить за межі далеких точок діаметра. Якщо розглянути на прикладі аурума, то ізотопом буде атом Au, за межі якого діаметру в усіх напрямках "вилітають" излучающиеся частинки. Спочатку діаметр атома золота відповідає величині двох радіусів, кожен з яких дорівнює 144 пк, а частинки, що виходять за межі цієї відстані від ядра, будуть вважатися ізотопами. Існує три типи розпаду: альфа-, бета - і гамма-випромінювання.

Поняття про валентності і наявності енергетичних рівнів

Ми вже ознайомилися з відповідями на такі питання: який діаметр атома, його розмір, ознайомилися з поняттям розпаду атома і т. д. Однак, крім цього, існують і такі характеристики атомів, як величина енергетичних рівнів і валентність. Електрони, що рухаються навколо атомного ядра, володіють потенційною енергією і перебувають у зв'язаному стані, розташовуючись на збудженому рівні. Відповідно до квантової моделлю, електрон займає лише дискретне кількість енергетичних рівнів. Валентність – це загальна здатність атомів, у яких на електронній оболонці є вільне місце, встановлювати зв'язки хімічного типу з іншими атомними одиницями. За допомогою встановлення хімічних зв'язків атоми прагнуть заповнити свій зовнішній шар валентної оболонки.

Іонізація

В результаті впливу високої значення напруженості на атом він може піддаватися необоротної деформації, яка супроводжується електронним відривом. Це призводить до іонізації атомів, в ході якої вони віддають електрон(и) і зазнають перетворення зі стабільного стану в іони з позитивним зарядом, інакше іменовані катіонами. Цей процес вимагає певної енергії, яку називають потенціалом іонізації.

Підводячи підсумки

Вивчення питань про будову, особливості взаємодії, якісних параметрах, про те, який же діаметр атома і які він має розміри, все це дозволило людському розуму зробити неймовірний працю, допомагає краще усвідомити і зрозуміти пристрій всієї матерії навколо нас. Ці ж питання дозволили відкрити людині поняття про електронегативність атома, його дисперсному тяжінні, валентних можливості, визначити тривалість радіоактивного розпаду і багато іншого.