Struktura atoma. Energijske ravni atoma. Protoni, nevtroni, elektroni

Ime "atom" je prevedeno iz grščine kot "nedeljivo". Vse okoli nas - trdne snovi, tekočine in zrak - so zgrajene iz milijarde teh delcev.

Pojav različice o atomu

Atomi so prvič postali znani v 5. stoletju pred našim štetjem, ko je grški filozof Demokritus predlagal, da je snov sestavljena iz gibljivih drobnih delcev. Ampak potem ni bilo mogoče preveriti različice njihovega obstoja. In čeprav nihče ni mogel videti teh delcev, se je razpravljalo o ideji, kajti le tako bi znanstveniki lahko razložili procese, ki se dogajajo v resničnem svetu. Zato so verjeli v obstoj mikrodelcev veliko pred časom, ko so lahko dokazali to dejstvo.

Šele v XIX stoletju. začeli so jih analizirati kot najmanjše sestavine kemičnih elementov, ki imajo specifične lastnosti atomov - sposobnost združevanja spojin z drugimi v strogo predpisani količini. V začetku XX. Stoletja se je verjel, da so atomi minimalni delci snovi, dokler ni dokazano, da jih sestavljajo še manjše enote.

Kakšen je kemični element?

Atom kemijskega elementa je mikroskopski gradbeni blok snovi. Odločilni faktor te mikrodelce je molekulska masa atoma. Le odkritje rednega zakona Mendelejeva je upravičilo, da njihove vrste predstavljajo različne oblike ene same snovi. So tako majhni, da jih ni mogoče videti z uporabo običajnih mikroskopov, le najmočnejših elektronskih naprav. Za primerjavo, lase na človeški roki so milijoni krat širše.

Elektronska struktura atoma ima jedro, sestavljeno iz nevtronov in protonov, pa tudi elektronov, ki se vrtijo okrog središča v stalnih okostjih, kot so planeti okoli njihovih zvezd. Vsi so pritrjeni z elektromagnetno silo, eno od štirih glavnih v vesolju. Nevtroni so delci z nevtralnim nabojom, protoni so pozitivni in elektroni so negativni. Slednje pritegnejo pozitivno zaračunane protone, zato ostajajo v orbiti.

Struktura atoma

V osrednjem delu je jedro, ki zapolnjuje najmanjši del celotnega atoma. Toda raziskave kažejo, da se skoraj v celoti nahaja celotna masa (99,9%). Vsak atom vsebuje protone, nevtrone, elektrone. Število rotirajočih elektronov v njej je enako pozitivnemu srednjemu naboru. Delci z enakim nabojem jedra Z, vendar različna atomska masa A in število nevtronov v jedru N imenujemo izotopi, vendar z istim A in različnimi Z in N izobarji. Elektron je najmanjši delec snovi z negativnim električnim nabojem e = 1.6middot-10-19 obesek. Ionski naboj določa količino izgubljenih ali dodanih elektronov. Proces metamorfoze nevtralnega atoma v napolnjen ion je imenovana ionizacija.

Nova različica atomskega modela

Fiziki so odkrili do danes veliko drugih elementarnih delcev. Elektronska struktura atoma ima novo različico.

Menijo, da so protoni in nevtroni, ne glede na to, kako majhni so, sestavljeni iz najmanjših delcev, ki se imenujejo kvarki. Predstavljajo nov model za izgradnjo atoma. Ker so prejšnji znanstveniki zbirali dokaze o obstoju prejšnjega modela, danes poskušajo dokazati obstoj kvarkov.

RTM - naprava prihodnosti

Sodobni znanstveniki lahko vidijo atomske delce snovi na računalniškem monitorju in jih tudi premaknejo na površino z uporabo posebnega orodja, imenovanega skenirni tunelni mikroskop (RTM).

To je računalniško podprt Orodje s konico, ki zelo previdno premika v bližini površine materiala. Ko se konica premika, se elektroni premikajo skozi režo med konico in površino. Čeprav material izgleda popolnoma gladko, je v resnici neenakomeren na atomski ravni. Računalnik naredi zemljevid površine snovi, ki ustvarja podobo njegovih delcev, zato lahko znanstveniki vidijo lastnosti atoma.

Radioaktivni delci

Negativno nabiti ioni krožijo okoli jedra na dovolj veliki razdalji. Struktura atoma je taka, da je celota resnično nevtralna in nima električnega naboja, ker so vsi njegovi delci (protoni, nevtroni, elektroni) v ravnotežju.

Radioaktivni atom je element, ki ga je zlahka razčleniti. Njegov center sestavljajo številni protoni in nevtroni. Izjema je le diagram vodikovega atoma, ki ima en sam proton. Jedro je obkroženo z oblakom elektronov, zato je njihova privlačnost, ki se vrti okrog središča. Protoni se odbijajo z enako energijo.

To ni problem za večino majhnih delcev, ki imajo več. Nekateri pa so nestabilni, zlasti pri velikih, kot je uran, ki ima 92 protonov. Včasih njegovo središče ni tako obremenjeno. Imenujejo jih radioaktivni, ker vržejo več delcev iz svojega jedra. Po nestabilnem jedru se je znebilo protonov, ostalo pa oblikujejo novo hčerko. Lahko je stabilen, odvisno od števila protonov v novem jedru, in se lahko razdeli še naprej. Ta proces traja, dokler ne obstane stabilno otroško jedro.

Lastnosti atomov

Fizikalno-kemijske lastnosti atomov se naravno razlikujejo od enega elementa do drugega. Določajo jih naslednji osnovni parametri.

Atomska masa. Ker je glavno mesto mikrodelcev zasedeno s protoni in nevtroni, se njihova vsota določi s številom, izraženim v enotah atomske mase (amu). Formula: A = Z + N.

Atomski polmer. Polmer je odvisen od lokacije elementa v sistemu Mendelejeva, kemične vezi, števila sosednjih atomov in kvantno-mehanskega učinka. Polmer jedra je sto tisočkrat manjši od polmera samega elementa. Struktura atoma lahko izgubi elektrone in se pretvori v pozitivni ion ali dodaja elektrone in postane negativni ion.

V Ljubljani periodični sistem Mendeleev ima svoj kemični element. V tabeli se velikost atoma povečuje pri premikanju od zgoraj navzdol in se pri premikanju z leve proti desni zmanjša. Po tem je najmanjši element helij, največji element pa je cezij.

Valence. Zunanja elektronska lupina atoma se imenuje valenca, elektroni v njem pa so ustrezno imenovani valenčni elektroni. Njihovo število določa, kako se atom združuje z drugimi s kemičnimi vezmi. Metoda ustvarjanja slednjih mikrodelcev poskuša napolniti svoje zunanje valenčne lupine.

Gravitacija, privlačnost je sila, ki ohranja planete v orbiti, zaradi česar predmeti, ki se sprostijo iz rok, padejo na tla. Oseba bolj ugotavlja težo, vendar je elektromagnetno delovanje večkrat močnejša. Sila, ki privlači (ali odbija) nabite delce na atomu je 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000-krat večja moč od gravitacije v njem. Toda v središču jedra je še močnejša sila, ki lahko zvečata protone in nevtrone.

Reakcije v jedru ustvarjajo energijo v obeh jedrskih reaktorjih, kjer so atomi razdeljeni. Težji element, več njegovih atomov je zgrajenih iz več delcev. Če dodamo skupno število protonov in nevtronov v elementu, vemo njegovo maso. Na primer, Uran, najtežji element, ki je na voljo v naravi, ima atomsko maso 235 ali 238.

Odcepitev atoma v nivoje

Energijske ravni atom je velikost prostora okoli jedra, kjer je elektron v gibanju. Skupno je 7 orbitalov, ki ustrezajo številu obdobij v periodni tabeli. Bolj oddaljena je lokacija elektrona iz jedra, večja energijska zaloga, ki jo ima v lasti. Številka obdobja označuje številko atomske orbitale okrog svojega jedra. Na primer, kalij je element četrtega obdobja, zato ima 4 energije atomov. Število kemičnih elementov ustreza njegovemu naboru in številu elektronov okoli jedra.

Atom - vir energije

Verjetno najbolj znana znanstvena formula je odkril nemški fizik Einstein. Trdi, da masa ni nič več kot oblika energije. Na podlagi te teorije lahko snovi spremenite v energijo in izračunate po formuli, koliko je mogoče dobiti. Prvi praktični rezultat te preobrazbe so bile atomske bombe, ki so bile prvič preizkušene v puščavi Los Alamos (ZDA) in nato eksplodirale v japonskih mestih. Čeprav se je samo sedmi del eksploziva spremenil v energijo, je bila uničujoča sila atomske bombe grozna.

Da bi jedro sprostilo svojo energijo, se mora zrušiti. Da bi ga razdelili, je potrebno delati na nevtronu zunaj. Nato se jedro razpade na dva druga, lažja, hkrati pa zagotavlja ogromno sproščanje energije. Razpad povzroči sproščanje drugih nevtronov in še naprej delijo druga jedra. Postopek se spremeni v verižno reakcijo, kar povzroči veliko količino energije.

Prednosti in slabosti uporabe jedrske reakcije v našem času

Uničujoča sila, ki je osvobojena pri preoblikovanju snovi, človeštvo poskuša urejati jedrske elektrarne. Tukaj jedrska reakcija ne poteka v obliki eksplozije, ampak kot postopno segrevanje toplote.

Proizvodnja jedrske energije ima svoje prednosti in slabosti. Po mnenju znanstvenikov je za ohranjanje naše civilizacije na visoki ravni potrebno uporabiti ta ogromen vir energije. Treba pa je tudi upoštevati, da tudi najnaprednejši razvoj ne more zagotoviti popolne varnosti jedrskih elektrarn. Poleg tega se pridobiva v procesu proizvodnje energije radioaktivni odpadki z nepravilnim shranjevanjem lahko prizadene naše potomce več deset tisoč let.

Po nesreči v Černobilu vse več ljudi meni, da je proizvodnja jedrske energije zelo nevarna za človeštvo. Edina varna elektrarna te vrste je Sonce z njeno ogromno močjo jedrske energije. Znanstveniki razvijajo vse vrste modelov sončnih celic in morda v bližnji prihodnosti človeštvo lahko zagotovi varno jedrsko energijo.