Атом є найменшою одиницею частинок існуючих в якості простого речовини, будучи в стані втручатися в хімічній комбінації. Протягом століть обмежені знання про атом були лише предметом здогадок і припущень, так що конкретні дані можна було отримати лише через багато років. У 18-19 століттях англійський учений Джон Далтон припустив існування атомів як надзвичайно малої одиниці, з якої складалася б вся матерія, і призначив їм масу і представив їх як тверду і неподільну сфери.
Що таке атом
Зміст
Це мінімальна одиниця речовини, з якої складаються тверді речовини, рідини та гази. Атоми згруповані разом, маючи можливість бути однотипними або різними, утворюючи молекули, які, в свою чергу, складають речовину, з якої складаються існуючі тіла. Однак вчені визначили, що лише 5% речовини у Всесвіті складається з атомів, оскільки темна речовина (яка займає понад 20% Всесвіту) складається з невідомих частинок, а також темної енергії (що займає 70%).
Його назва походить від латинського atomus, що означає «неподільний», і тими, хто дав йому цю термінологію, були грецькі філософи Демокріт (460-370 рр. До н. Е.) Та Епікур (341-270 рр. До н. Е.).
Ці філософи, які, не експериментуючи, у пошуках відповіді на питання, з чого ми складаємось, і пояснення реальності дійшли висновку, що неможливо розділити матерію нескінченно, що повинна бути "вершина", що означало, що він досяг би мінімальної межі того, з чого складаються всі речі. Вони називали цю "верхню частину" атомом, оскільки ця мінімальна частинка вже не могла ділитися, і Всесвіт складався б із цього. Слід додати, що ця концепція зберігається і сьогодні, коли говорять про те, що таке атом.
Він складається з ядра, де є принаймні один протон і однакова кількість нейтронів (союз яких називається «нуклон»), і щонайменше 99,94% його маси міститься у зазначеному ядрі. Решта 0,06% складаються з електронів, які обертаються навколо ядра. Якщо число електронів і протонів однакове, атом є електрично нейтральним; якщо в ньому більше електронів, ніж у протонів, його заряд буде негативним, і він визначається як аніон; а якщо число протонів перевищує електрони, їх заряд буде додатним і називатиметься катіоном.
Його розмір настільки малий (приблизно десять мільярдної частки метра), що якби предмет поділили значну кількість разів, то вже не було б жодного матеріалу, з якого він складений, але атоми елементів залишились б такими, у поєднанні вони її утворили, і вони практично непомітні. Однак не всі типи атомів мають однакову форму і розмір, оскільки це буде залежати від кількох факторів.
Елементи атома
Атоми мають інші компоненти, що утворюють їх, звані субатомними частинками, які не можуть існувати самостійно, крім випадків, коли вони знаходяться в особливих і контрольованих умовах. Це частинки: електрони, що мають негативний заряд; протони, які позитивно заряджені; та нейтрони, заряд яких рівний, що робить їх електрично нейтральними. Протони та нейтрони знаходяться в ядрі (центрі) атома, утворюючи так званий нуклон, а електрони обертаються навколо ядра.
Протони
Ця частинка знаходиться в ядрі атома, утворюючи частину нуклонів, і її заряд позитивний. Вони вносять близько 50% маси атома, і їх маса еквівалентна 1836 разів більшої маси електрона. Однак вони мають трохи меншу масу, ніж нейтрони. Протон не є елементарною частинкою, оскільки він складається з трьох кварків (це тип ферміону, одна з двох існуючих елементарних частинок).
Кількість протонів в атомі є визначальним при визначенні типу елемента. Наприклад, атом вуглецю має шість протонів, тоді як атом водню має лише один протон.
Електрони
Вони є негативними частинками, які обертаються навколо ядра атома. Його маса настільки крихітна, що вважається одноразовою. Зазвичай кількість електронів в атомі збігається з протонами, тому обидва заряди відміняють один одного.
Електрони різних атомів зв’язані кулонівською силою (електростатичною), і коли вони діляться і обмінюються від одного атома до іншого, це спричинює хімічні зв’язки. Є електрони, які можуть бути вільними, не приєднуючись до жодного атома; а ті, які пов'язані з одним, можуть мати орбіти різного розміру (чим більший радіус орбіти, тим більша в ньому міститься енергія).
Електрон є елементарною частинкою, оскільки це тип ферміону (лептони), і він не складається з жодного іншого елемента.
Нейтрони
Це субатомна нейтральна частинка атома, тобто вона має однакову кількість позитивного і негативного заряду. Його маса трохи вище маси протонів, з якими він утворює ядро атома.
Як і протони, нейтрони складаються з трьох кварків: два низхідних або низхідних із зарядом -1/3 і один висхідних або вгору із зарядом +2/3, в результаті чого загальний заряд дорівнює нулю, що надає йому нейтральності. Нейтрон сам по собі не може існувати поза ядром, оскільки його середнє життя поза ядром становить близько 15 хвилин.
Кількість нейтронів в атомі не визначає його природи, якщо він не є ізотопом.
Ізотопи
Вони є типом атомів, ядерний склад яких не є справедливим; тобто він має однакову кількість протонів, але різну кількість нейтронів. У цьому випадку атоми, що складають один і той же елемент, будуть різними, диференційованими за кількістю нейтронів, які вони містять.
Існує два типи ізотопів:
- Природний, що зустрічається в природі, такий як атом водню, який має три (проти, дейтерій і тритій); або атом вуглецю, який також має три (вуглець-12, вуглець-13 і вуглець-14; кожен з різними корисними властивостями).
- Штучні, які виробляються в контрольованих середовищах, в яких субатомні частинки бомбардуються, будучи нестійкими та радіоактивними.
Існують стабільні ізотопи, але ця стабільність є відносною, оскільки, хоча вони і радіоактивні однаково, період їх розпаду тривалий у порівнянні з існуванням планети.
Як визначаються елементи атома
Атом буде диференційований або визначений кількома факторами, а саме:
- Кількість протонів: зміна цього числа може спричинити інший елемент, оскільки він визначає, до якого хімічного елемента він належить.
- Кількість нейтронів: визначає ізотоп елемента.
Сила, з якою протони притягують електрони, є електромагнітною; тоді як той, що приваблює протони та нейтрони, є ядерним, інтенсивність якого більша за перший, що відштовхує позитивно заряджені протони один від одного.
Якщо число протонів в атомі велике, електромагнітна сила, яка їх відштовхує, стане сильнішою за ядерну, існує ймовірність того, що нуклони будуть вигнані з ядра, спричиняючи ядерний розпад, або те, що також відомо як радіоактивність; щоб пізніше призвести до ядерної трансмутації, яка полягає у перетворенні одного елемента в інший (алхімія).
Що таке атомна модель
Це схема, яка допомагає визначити, що таке атом, його склад, його розподіл та характеристики, які він представляє. З моменту народження цього терміна були розроблені різні атомні моделі, що дозволило нам краще зрозуміти структурування речовини.
Найбільш репрезентативними атомними моделями є:
Атомна модель Бора
Датський фізик Нільс Бор (1885-1962), після досліджень зі своїм професором, хіміком, а також фізиком Ернестом Резерфордом, був натхненний моделлю останнього виставити свою власну, взявши атом водню як орієнтир.
Атомна модель Бора складається із своєрідної планетарної системи, в якій ядро знаходиться в центрі, а електрони рухаються навколо нього, як планети, на стабільних і кругових орбітах, де більша зберігає більше енергії. Він включає поглинання та викиди газів, теорію квантування Макса Планка та фотоелектричний ефект
Альберт Ейнштейн
Електрони можуть переходити з однієї орбіти на іншу: якщо він переходить з однієї з нижчої енергії на іншу з більш високою енергією, це збільшить квант енергії для кожної досягнутої орбіти; Навпаки трапляється, коли вона переходить від вищої до нижчої енергії, де вона не тільки зменшується, але і втрачає її у вигляді випромінювання, такого як світло (фотон).
Однак атомна модель Бора мала недоліки, оскільки вона не застосовувалась до інших типів атомів.
Атомна модель Дальтона
Джон Далтон (1766-1844), математик і хімік, вперше опублікував атомну модель з науковою основою, в якій заявив, що атоми подібні до більярдних куль, тобто сферичні.
Атомна модель Дальтона встановлює у своєму підході (який він назвав "атомною теорією"), що атоми не можна ділити. Він також встановлює, що атоми одного і того ж елемента мають однакові якості, включаючи їх масу та масу; що хоча їх можна поєднувати, вони залишаються неподільними з простими відносинами; і що їх можна поєднувати в різних пропорціях з іншими типами атомів, створюючи різні сполуки (об'єднання двох або більше типів атомів).
Ця атомна модель Дальтона була суперечливою, оскільки вона не пояснювала присутності субатомних частинок, оскільки присутність електрона і протона була невідомою. Це також не могло пояснити явищ радіоактивності або струму електронів (катодні промені); крім того, він не враховує ізотопи (атоми одного і того ж елемента з різною масою).
Атомна модель Резерфорда
Вихована фізиком та хіміком Ернестом Резерфордом (1871-1937), ця модель є аналогією Сонячній системі. Атомна модель Резерфорда встановлює, що найбільший відсоток маси атома та його позитивної частини знаходиться в його ядрі (центрі); а негативна частина або електрони обертаються навколо неї на еліптичних або кругових орбітах, з вакуумом між ними. Таким чином, це стала першою моделлю, яка розділила атом на ядро та оболонку.
Фізик проводив експерименти, в яких він обчислював кут розсіювання частинок при попаданні на золоту фольгу, і помітив, що деякі відбиваються під невідповідними кутами, роблячи висновок, що їх ядро має бути невеликим, але великої щільності. Завдяки Резерфорду, який був учнем Дж. Дж. Томсона, також з'явилося перше уявлення про присутність нейтронів. Іншим досягненням було підняття питань про те, як позитивні заряди в ядрі можуть залишатися разом у такому малому обсязі, що згодом призвело до відкриття однієї з фундаментальних взаємодій: сильної ядерної сили.
Атомна модель Резерфорда була суперечливою, оскільки суперечила законам Максвелла про електромагнетизм; також це не пояснило явища енергетичного випромінювання при переході електрона з високого в низький енергетичний стан.
Атомна модель Томсона
Її викрив вчений і лауреат Нобелівської премії з фізики 1906 року Джозеф Джон Томсон (1856-1940). Атомна модель Томсона описує атом як позитивно заряджену сферичну масу з введеними в неї електронами, як пудинг із ізюму. Кількість електронів у цій моделі було достатнім для нейтралізації позитивного заряду, а розподіл позитивної маси та електронів був випадковим.
Він експериментував з катодними променями: у вакуумній трубці він пропускав струмові промені з двома пластинами, створюючи електричне поле, яке відхиляло їх. Таким чином він визначив, що електрика складається з іншої частинки; відкриття існування електронів.
Однак атомна модель Томсона була короткою, ніколи не мала академічного визнання. Його опис внутрішньої будови атома був неправильним, як і розподіл зарядів, він не враховував існування нейтронів і не був відомий про протони. Це також не пояснює регулярність Періодичної системи елементів.
Незважаючи на це, їх дослідження послужили основою для пізніших відкриттів, оскільки з цієї моделі було відомо про існування субатомних частинок.
Атомна маса
Представлене буквою А загальну масу протонів і нейтронів, що містяться в атомі, називають атомною масою, не беручи до уваги електрони, оскільки їх маса настільки мала, що її можна відкинути.
Ізотопи - це варіації атомів одного і того ж елемента з однаковою кількістю протонів, але різною кількістю нейтронів, тому їх атомна маса буде різною, навіть коли вони дуже схожі.
Атомне число
Він представлений літерою Z і позначає кількість протонів, що містяться в атомі, що становить однакову кількість електронів у ньому. Періодична система елементів Менделєєва 1869 року впорядкована від найменшого до найбільшого за атомним номером.
