Поява версії про атом
Вперше про атомах стало відомо в V столітті до нашої ери, коли грецький філософ Демокріт припустив, що матерія складається з рухомих крихітних частинок. Але тоді не було можливості перевірити версію їх існування. І хоча ніхто не міг побачити ці частинки, ідея обговорювалася, адже лише так вчені могли пояснити процеси, що відбуваються в реальному світі. Тому вони вірили в існування мікрочастинок задовго до того часу, коли змогли довести цей факт.Тільки в XIX ст. вони стали аналізуватися як найдрібніші складові хімічних елементів, мають конкретні властивості атомів — здатність вступати в з'єднання з іншими в строго призначений кількості. На початку XX століття вважалося, що атоми – мінімальні частинки матерії, поки не було доведено, що вони складаються з ще менших одиниць.
З чого складається хімічний елемент?
Атом хімічного елемента – мікроскопічний будівельний цеглинка матерії. Визначальною ознакою цієї мікрочастинки стала молекулярна маса атома. Тільки відкриття періодичного закону Менделєєва обгрунтувало, що їх види являють собою різноманітні форми єдиної матерії. Вони настільки малі, що їх неможливо побачити, застосовуючи звичайні мікроскопи, тільки самі потужні електронні прилади. Для порівняння, волосок на руці людини в мільйон разів ширше.Електронна структура атома має ядро, що складається з нейтронів і протонів, а також електронів, які звершують оберти навколо центру на постійних орбітах, як планети навколо своїх зірок. Всі вони скріплені електромагнітної силою, однією з чотирьох головних у всесвіті. Нейтрони – це частинки з нейтральним зарядом, протони наділені позитивним, а електрони – негативний. Останні притягуються до позитивно заряджених протонам, тому їм властиво залишатися на орбіті.
Структура атома
У центральній частині є ядро, що заповнює мінімальну частину всього атома. Але дослідження показують, що майже вся маса (99.9%) розташована саме в ньому. Кожен атом містить протони, нейтрони, електрони. Число електронів, що обертаються в ньому дорівнює позитивному заряду центрального. Частинки з однаковим зарядом ядра Z, але різними атомною масою, А і числом нейтронів в ядрі N називаються ізотопами, а з однаковою А й різними Z і N – изобарами. Електрон — мінімальна частка речовини з негативним електричним зарядом е=16·10-19 кулона. Заряд іона визначає кількість втрачених або доданих електронів. Процес метаморфози нейтрального атома в заряджений іон називається іонізацією.
Нова версія моделі атома
Фізики відкрили на сьогоднішній день безліч інших елементарних частинок. Електронна структура атома має нову версію. Вважається, що протони і нейтрони, якими б маленькими вони не були, складаються з найменших частинок, які називаються – кварки. Вони становлять нову модель побудови атома. Як раніше вчені збирали докази для існування попередньої моделі, так і сьогодні намагаються довести існування кварків.РТМ – прилад майбутнього
Сучасні вчені можуть побачити на моніторі комп'ютера атомні частинки речовини, а також рухати їх по поверхні, використовуючи спеціальний інструмент, який носить назву растровий тунельний мікроскоп (РТМ). Це комп'ютеризований інструмент з наконечником, який дуже обережно рухається біля поверхні матеріалу. Коли наконечник рухається, електрони переміщуються крізь зазор між наконечником і поверхнею. Хоча матеріал виглядає абсолютно гладким, насправді він нерівний на атомному рівні. Комп'ютер робить карту поверхні речовини, створюючи образ його частинок, і вчені, таким чином, можуть побачити властивості атома.Радіоактивні частинки
Негативно заряджені іони кружляють довкола ядра на досить великій відстані. Структура атома така, що він дійсно нейтральний і не має електричного заряду, тому що всі його частки (протони, нейтрони, електрони) знаходяться в балансі. Радіоактивний атом – це елемент, який можна легко розщепити. Центр складається з безлічі протонів і нейтронів. Виняток являє собою тільки схема атома водню, який має один протон. Ядро оточує хмара електронів, саме їх тяжіння змушує обертатися навколо центру. Протони однаковим зарядом відштовхують один одного. Це не проблема для більшості невеликих часток, у яких їх кілька. Але деякі з них нестабільні, особливо це стосується великих за розміром, таких як уран, який має 92 протони. Іноді його центр не витримує такого навантаження. Радіоактивним вони називаються через те, що викидають кілька частинок зі свого ядра. Після того, як нестабільне ядро позбулося від протонів, що залишилися, утворюють нове дочірнє. Воно може бути стабільним в залежності від кількості протонів в новому ядрі, а може ділитися далі. Цей процес триває до тих пір, поки не залишиться стабільне дочірнє ядро.Властивості атомів
Фізико-хімічні властивості атома закономірно змінюються від одного елемента до іншого. Вони визначаються наступними основними параметрами. Атомна маса. Так як основне місце мікрочастинки займають протони і нейтрони, то сума їх обумовлює число, яку виражають у атомних одиницях маси (а.е.м.) Формула: A = Z + N. Атомний радіус. Радіус знаходиться в залежності від розташування елемента в системі Менделєєва, хімічного зв'язку, кількості атомів-сусідів і квантовомеханического дії. Радіус ядра в сто тисяч разів менше радіуса самого елемента. Структура атома може позбавлятися електронів і перетворюватися в позитивний іон або додавати електрони, і стає негативним іоном. У періодичній системі Менделєєва будь-який хімічний елемент займає своє встановлене місце. В таблиці розмір атома зростає при переміщенні зверху вниз і зменшується при переміщенні зліва направо. Слідуючи з цього, найменший елемент — це гелій, а найбільший — цезій. Валентність. Зовнішня електронна оболонка атома називається валентною, а електрони в ній отримали відповідну назву - валентні електрони. Їх кількість встановлює те, як атом з'єднується з іншими з допомогою хімічного зв'язку. Способом створення останньої мікрочастинки намагаються наповнити свої зовнішні валентні оболонки. Гравітація, тяжіння – це сила, яка тримає планети на орбіті, з-за неї випущені з рук предмети падають на підлогу. Людина більше помічає гравітацію, але електромагнітне дію у багато разів потужніший. Сила, яка притягує (або відштовхує) заряджені частинки атомі, 1000000000 000000000 000000000 000000 разів могутніше, ніж гравітація в ньому. Але в центрі ядра існує ще більш могутня сила, здатна утримувати протони та нейтрони разом. Реакції в ядрах створюють енергію як в ядерних реакторах, де атоми розщеплюються. Чим важчий елемент, тим з більшої кількості частинок побудовані його атоми. Якщо скласти загальна кількість протонів і нейтронів в елементі, дізнаємося його масу. Наприклад, Уран, найважчий елемент, існуючий в природі, має атомну масу 235 або 238.
Ділення атома на рівні
Енергетичні рівні атома - це величина простору навколо ядра, де в русі знаходиться електрон. Всього існує 7 орбіталей, відповідних числу періодів таблиці Менделєєва. Чим більш віддалене розташування електрона від ядра, тим більш значним резервом енергії він володіє. Номер періоду вказує на кількість атомних орбіталей навколо його ядра. Наприклад, Калій — елемент 4 періоду, значить, він має 4 енергетичні рівні атома. Номер хімічного елемента відповідає його заряду і числу електронів навколо ядра.Атом – джерело енергії
Напевно, найвідоміша наукова формула відкрита німецьким фізиком Ейнштейном. Вона стверджує, що маса є не що інше, як форма енергії. Виходячи з цієї теорії, можна перетворити матерію в енергію і розрахувати по формулі, скільки її можна отримати. Першим практичним результатом такого перетворення стали атомні бомби, які спочатку були випробувані в пустелі Лос-Аламос (США), а потім вибухнули над японськими містами. І хоча тільки сьома частина вибухової речовини перетворилася в енергію, руйнівна сила атомної бомби була жахливою. Для того щоб ядро звільнив свою енергію, воно повинно зруйнується. Щоб розщепити його, необхідно подіяти нейтроном зовні. Тоді ядро розпадається на два інших, більш легких, забезпечуючи при цьому величезний викид енергії. Розпад призводить до звільнення інших нейтронів, а вони продовжують розщеплювати інші ядра. Процес перетворюється в ланцюгову реакцію, в результаті створюючи величезну кількість енергії.
Плюси і мінуси використання ядерної реакції в наш час
Руйнівну силу, яка звільняється при перетворенні матерії, людство намагається приручити на атомних станціях. Тут ядерна реакція відбувається не у вигляді вибуху, а як поступова віддача тепла.