Atomméretek táblázata. Atomszerkezet: atommag, neutron, proton, elektron

ATOM(a görög atomos szóból - oszthatatlan), a vegyi anyag legkisebb részecskéje. elem, annak szent. Mindegyik chem. Egy elem meghatározott atomok gyűjteményének felel meg. Egymáshoz kötve az atomok azonos ill különböző elemek bonyolultabb részecskéket alkotnak, pl. . Mindenféle vegyszer. in-in (szilárd, folyékony és gáznemű) a bomlás következtében. atomok egymással való kombinációi. Az atomok is szabadon létezhetnek. állapot (ban, ). Az atom tulajdonságai, beleértve az atom legfontosabb vegyszerképző képességét. konn., szerkezetének sajátosságai határozzák meg.

Az atom szerkezetének általános jellemzői. Az atom egy pozitív töltésű atommagból áll, amelyet negatív töltésű atomok felhője vesz körül. Az atom egészének méreteit az elektronfelhő mérete határozza meg, és nagyok az atommag méreteihez képest ( lineáris méretek atom ~ 10~ 8 cm, magja ~ 10" -10" 13 cm). Az atom elektronfelhőjének nincsenek szigorúan meghatározott határai, tehát az atom mérete azt jelenti. fokok feltételesek és függenek a meghatározásuk módszerétől (lásd). Az atommag Z-ből és N-ből áll nukleáris erők(cm. ). Pozitív töltés és negatív. a töltés ugyanaz abs. nagysága és egyenlő e = 1,60*10 -19 C; nem rendelkezik elektromos árammal. díj. Nukleáris töltés +Ze - alap. egy atomra jellemző, amely meghatározza egy adott vegyi anyaghoz való tartozását. elem. elem periodikusan periodikus rendszer () számával egyenlő a magban.

Egy elektromosan semleges atomban a felhőben lévő szám megegyezik az atommagban lévő számmal. Azonban mikor bizonyos feltételeket elveszítheti vagy hozzáadhatja a , esztergálást ill. pozitívban vagy tagadja. , pl. Li+, Li 2+ vagy O-, O 2-. Amikor egy bizonyos elem atomjairól beszélünk, a semleges atomokra és az adott elemre egyaránt gondolunk.

Az atom tömegét az atommag tömege határozza meg; a tömeg (9,109*10 -28 g) megközelítőleg 1840-szer kisebb, mint a tömeg vagy (1,67*10 -24 g), így az atom tömegéhez való hozzájárulása elenyésző. Teljes számés A = Z + N hívott. .

Az egyelektronos atom stacioner állapotát négy kvantumszám jellemzi egyedi módon: n, l, m l és m s. Egy atom energiája csak n-től függ, és egy adott n-vel rendelkező szint számos olyan állapotnak felel meg, amelyek különböznek egymástól l, m l, m s értékben. Az adott n és l állapotokat általában 1s, 2s, 2p, 3s stb.-ként jelölik, ahol a számok l értékét jelzik, a latin s, p, d, f és további betűk pedig az értékeket. d = 0, 1, 2, 3, ... Dec. adott p és d állapotok egyenlő 2(2l+ 1) az m l és m s értékek kombinációinak számával. Búvárok teljes száma. adott n egyenlőséggel rendelkező állapotok , azaz az n = 1, 2, 3, ... értékű szintek megfelelnek a 2, 8, 18, ..., 2n 2 decomp. . Olyan szintet hívunk meg, amelynek csak egy (egy hullámfüggvény) felel meg. nem degenerált. Ha egy szint kettőnek vagy többnek felel meg, akkor hívják. degenerált (lásd). Egy atomban az energiaszintek l és m l értékben degenerálódnak; degeneráció m s-ben csak megközelítőleg következik be, ha a kölcsönhatást nem vesszük figyelembe. forgó mágnes pillanat mágnessel mező, amelyet az elektromos pályamozgás okoz. nukleáris mező (lásd). Ez egy relativisztikus hatás, a Coulomb-kölcsönhatáshoz képest kicsi, de alapvetően jelentős, mert továbbihoz vezet energiaszintek felosztása, ami az ún. finom szerkezet.

Adott n, l és m l esetén a hullámfüggvény modulusának négyzete határozza meg az elektronfelhő átlagos eloszlását az atomban. Diff. atomok eloszlásukban jelentősen eltérnek egymástól (2. ábra). Így l = 0 (s-állapotok) esetén az atom középpontjában különbözik a nullától, és nem függ az iránytól (azaz gömbszimmetrikus), más állapotok esetén az atom középpontjában nullával egyenlő az atom és az iránytól függ.

Rizs. 2. Elektronfelhők alakja az atom különböző állapotaira.

Többelektronos atomokban kölcsönös elektrosztatikus. taszítás jelentősen csökkenti kapcsolatukat a maggal. Például a He +-tól való elválasztás energiája 54,4 eV egy semleges He atomban sokkal kisebb - 24,6 eV. Továbbiakért nehéz atomok külső kommunikáció még gyengébb maggal. Fontos szerep sajátos szerepet játszik a többelektronos atomokban. , ami a megkülönböztethetetlenséghez kapcsolódik, és az a tény, hogy engedelmeskednek, Krom szerint mindegyikben, négy kvantumszámmal jellemezve, nem lehet több egynél. Egy többelektronos atom esetében célszerű csak a teljes atom egészéről beszélni. Azonban hozzávetőlegesen az ún. egyelektronos közelítés, tekinthetünk egyedinek, és jellemezhetünk minden egyelektronos állapotot (a megfelelő függvény által leírt bizonyos pályát) egy négyes halmazsal. kvantumszámok

n, l, m l és m s. A 2(2l+ 1) gyűjtemény adott n és l állapotú elektronhéjat alkot (alszintnek, alhéjnak is nevezik); ha ezek az állapotok mind foglaltak, a héjat hívják. kitöltve (zárva). 2n 2 azonos n, de eltérő l állapotú halmaz egy elektronikus réteget alkot (más néven szintnek, héjnak). n = 1, 2, 3, 4, ... esetén a rétegeket K, L, M, N, ... szimbólumok jelölik. A héjak és a rétegek számai teljesen kitöltve a táblázatban találhatók: Között stacionárius állapotok egy atomban lehetségesek. Ha többről költözik magas szintű

Belső szerkezet A sokkal szorosabban kötött atomhéjak (kötési energia 10 2 -10 4 eV) csak a kölcsönhatás során jelentkeznek. atomok gyors részecskékkel és nagy energiájú fotonokkal. Az ilyen interakciók határozza meg a röntgenspektrumok természetét és a részecskék (,) szóródását az atomokon (lásd). Az atom tömege határozza meg fizikai tulajdonságait. szent, mint egy impulzus, kinetikus. energia. A mechanikai és rokon mag. és elektromos Az atommag pillanatai bizonyos finom fizikai tényezőktől függenek. hatások (a sugárzás gyakoriságától függ, amely meghatározza az atomhoz kapcsolódó anyag törésmutatójának függőségét. Szoros kapcsolat optikai az atom szentje az elektromosságával. St. you különösen világosan nyilvánul meg az optikai. spektrumok.

===
spanyol irodalom a cikkhez "ATOM": Karapetyants M. X., Drakin S. I., Structure, 3. kiadás, M., 1978; Shlo lye kiy E.V., Atomfizika, 7. kiadás, 1-2. kötet, M., 1984. M. A. Elyashevich.

oldal "ATOM" anyagok alapján készült.

Egy alfa-részecske vékony aranyfólián való áthaladását tanulmányozva (lásd 6.2. fejezet) E. Rutherford arra a következtetésre jutott, hogy az atom egy nehéz, pozitív töltésű magból és az azt körülvevő elektronokból áll.

Mag hívott központi része atom,amelyben az atom szinte teljes tömege és pozitív töltése koncentrálódik.

IN összetett atommag tartalmazza elemi részecskék : protonok És neutronok (nukleonok -tól Latin szó atommag– mag). Az atommag ilyen proton-neutron modelljét javasolták szovjet fizikus 1932-ben D.D. Ivanenko. A proton pozitív töltésű e + = 1,06 10 –19 C és nyugalmi tömege m p= 1,673·10 –27 kg = 1836 m e. Neutron ( n) – semleges részecske nyugalmi tömeggel m n= 1,675·10 –27 kg = 1839 m e(hol van az elektron tömege m e, egyenlő 0,91·10 –31 kg). ábrán. A 9.1 a hélium atom szerkezetét mutatja a késő XX. eleje a XXI V.

Alaptöltés egyenlő Ze, Hol e- proton töltés, Z– díjszám , egyenlő sorozatszámát kémiai elem a Mengyelejev-féle elemperiódusos rendszerben, i.e. protonok száma az atommagban. Az atommagban lévő neutronok számát jelöljük N. Rendszerint Z > N.

Jelenleg ismert kernelek with Z= 1-től Z = 107 – 118.

A nukleonok száma a magban A = Z + N hívott tömegszám . Magok ugyanazzal Z, de más A hívják izotópok. Magok, hogy, ugyanazzal A különbözőek Z, hívják izobárok.

Az atommagot ugyanazzal a szimbólummal jelöljük, mint a semleges atomot, ahol X– kémiai elem szimbóluma. Például: hidrogén Z= 1-nek három izotópja van: – protium ( Z = 1, N= 0), – deutérium ( Z = 1, N= 1), – trícium ( Z = 1, N= 2), az ónnak 10 izotópja van stb. Egy kémiai elem izotópjainak túlnyomó többségében ugyanaz a kémiai és hasonló fizikai tulajdonságok. Összesen mintegy 300 stabil izotóp és több mint 2000 természetes és mesterségesen előállított izotóp ismert. radioaktív izotópok.

A mag méretét a mag sugara jellemzi, amely a mag határának elmosódása miatt konvencionális jelentéssel bír. Még E. Rutherford is kísérleteit elemezve kimutatta, hogy az atommag mérete megközelítőleg 10-15 m (az atom mérete 10-10 m). Van egy empirikus képlet a mag sugarának kiszámítására:

Ahol R 0 = (1,3 – 1,7)·10 –15 m Ez azt mutatja, hogy az atommag térfogata arányos a nukleonok számával.

A maganyag sűrűsége 10 17 kg/m 3 nagyságrendű, és minden atommag esetében állandó. Jelentősen meghaladja a legsűrűbb közönséges anyagok sűrűségét.

A protonok és a neutronok azok fermionok, mert pörögjön ħ /2.

Az atommag rendelkezik saját pillanat impulzus – nukleáris spin :

,

(9.1.2)

Ahol én – belső(teljes)spin kvantumszám.

Szám én egész vagy fél egész értékeket fogad el 0, 1/2, 1, 3/2, 2 stb. Magok a még A van integer spin(egységekben ħ ) és engedelmeskedjen a statisztikáknak Bose–Einstein(bozonok). Magok a páratlan A van fél egész szám pörgetés(egységekben ħ ) és engedelmeskedjen a statisztikáknak Fermi–Dirac(azok. magok - fermionok).

A magrészecskéknek saját mágneses momentumaik vannak, amelyek meghatározzák az atommag egészének mágneses momentumát. Az atommagok mágneses momentumainak mértékegysége a magmagneton μ méreg:

Itt e – abszolút érték elektron töltés, m p- proton tömeg.

Nukleáris magneton be m p/m e= 1836,5-szer kisebb, mint a Bohr-magneton, ebből az következik meghatározzák az atomok mágneses tulajdonságait mágneses tulajdonságok az elektronjait .

Összefüggés van az atommag spinje és mágneses momentuma között:

ahol γ méreg – nukleáris giromágneses arány.

A neutron negatív mágneses momentuma μ n≈ – 1,913μ méreg, mivel a neutron spinjének iránya és mágneses momentuma ellentétes. Mágneses pillanat proton pozitív és egyenlő μ-vel r≈ 2,793 μ méreg. Iránya egybeesik a proton spinjének irányával.

Elosztás elektromos töltés protonok az egész sejtmagban általános eset aszimmetrikus. Ennek az eloszlásnak a gömbszimmetrikustól való eltérésének mértéke a az atommag kvadrupol elektromos momentuma K. Ha a töltéssűrűséget mindenhol azonosnak tételezzük fel, akkor K csak a mag alakja határozza meg. Tehát a forradalom ellipszoidjára

,

(9.1.5)

Ahol b– az ellipszoid féltengelye a forgásirány mentén, A– féltengely merőleges irányban. A forgásirány mentén megnyúlt mag esetében b > AÉs K> 0. Ebben az irányban lapított magnál b < aÉs K < 0. Для сферического распределения заряда в ядре b = aÉs K= 0. Ez igaz azokra a magokra, amelyek spinje 0 vagy ħ /2.

A bemutatók megtekintéséhez kattintson a megfelelő hivatkozásra:

Az egyszerű tény, hogy minden körülöttünk áll apró részecskék az anyagnak – a molekuláknak és az atomoknak – valójában hatalmas tudományos ereje. Csak ebből az állításból lehet következtetni nagy számban sokak számára minőségi magyarázatot adó következmények fizikai jelenségek. Ha az emberiség hirtelen „elfelejtette” a sok évszázad alatt felhalmozott természettudományos ismereteket, akkor csak ehhez a tényhez ragaszkodva és felhasználva tudományos módszer, nagyon gyorsan vissza tudja állítani a fizika és a kémia számos ágának alapjait.

A gyerekek megismerkedhetnek az anyag atomi szerkezetével elemi iskola. De az atomok sem szemmel, sem optikai mikroszkóppal nem láthatók. Ráadásul az anyaggal végzett közönséges kísérletekben, amikor az anyag különféle jellemzőit mérjük ( sűrűség, hőkapacitás, fajlagos olvadási és párolgási hő, viszkozitás, erő felületi feszültség folyadékokés így tovább), talán nem is gondolunk arra, hogy egyedi részecskékből áll. Modern fizika, természetesen lehetővé teszi az egyes atomok „látását” összetett műszerek segítségével. De felmerül a kérdés: létezik-e egyszerű módszer a molekulák tipikus méretének meghatározására anélkül, hogy ilyen technikát alkalmaznánk? Kiderül, hogy igen.

Feladat

Felfegyverkezve azzal a ténnyel, hogy minden atomokból áll, becsülje meg a vízmolekula méretét a fent felsorolt ​​makroszkopikus jellemzők (néhány) alapján. Ezeknek a vízparamétereknek a számértékei könnyen megtalálhatók a kézikönyvekben vagy az interneten.

Nyom

Rögtön hangsúlyozni kell, hogy azok a megoldások, amelyek Avogadro számára vagy az egyes molekulák tulajdonságaira támaszkodnak, „csalók”, hiszen már implicit módon a molekulák méretét használják fel. Például a szükséges becslés könnyen megkapható a sűrűségből és moláris tömeg víz és Avogadro számai. A mikrovilágot a makrokozmosszal összekötő és az atomok méretét „tudó” Avogadro száma azonban nem pusztán makroszkopikus kísérletben jelenik meg, és önmagában is kísérleti mérést igényel.

Javasoljuk, hogy az atomok méretét (természetesen nem pontosan, hanem csak nagyságrendileg) becsüljük meg kifejezetten az anyag makroszkopikus jellemzői alapján.

Megoldás

A molekulaméret a sűrűségből, a felületi feszültség együtthatójából és a fajlagos párolgási hőből származtatható. Tegyük ezt kétféleképpen.

1. módszer. A folyadék molekulákból áll, de ugyanakkor megtartja térfogatát, és nem bomlik szét egyedi részecskékre, mint egy gáz. Ez egyrészt azt jelenti, hogy a folyadékban lévő molekulák egymáshoz képest bizonyos távolságra, nagyságrendileg tartanak. átmérővel egyenlő maga a molekula ( d), másodszor pedig, hogy a molekulák közötti minden pár kölcsönhatást egy bizonyos kötési energia jellemez ( U). Mennyiségek dÉs U- mikroszkopikus, az övék számértékek nem tudjuk előre.

Párolgáskor a folyadék ritkított gázzá alakul, amelyben az összes molekula közötti kötés megszakadtnak tekinthető. Fajlagos párolgási hő E, J/kg-ban mérve, egyszerűen az összes intermolekuláris kötési energia összege, amely eredetileg jelen volt egy kilogramm vízben. A párolgási fajhőt megszorozva a ρ sűrűséggel és az egy molekula által elfoglalt (még ismeretlen) térfogattal (nagyságrendileg d 3), megkapjuk a kötési energiát molekulánként. Ez az érték 2-3-szor nagyobb U- végül is minden molekula általában több (4-6) szomszédhoz kapcsolódik: Eρ d 3 = 2U.

Másrészt a felületi feszültség jelensége az, hogy a folyadék bármely szabad felületét a felülettel arányos „többlet” energia jellemzi: E felület = σ S. Ez az energia kísérletileg könnyen mérhető, és ebből származtatható a σ felületi feszültség együttható. Mikroszkopikusan ez az energia abból adódik, hogy a folyadék felszíni rétegében „megszakadt kötésekkel” rendelkező molekulák vannak, vagyis olyan kötésekkel, amelyek kilógnak az üregbe, és nincsenek elzárva a szomszédos molekuláktól. Kevés ilyen kötés van, mondjuk minden molekulához egy, és ennek a „nem működő kötésnek” az energiája megközelítőleg egyenlő U. Mivel minden felületi molekula körülbelül egy területet foglal el d 2, ugyanaz az érték Uσ-ként írható fel d 2 .

Egyenlítés a nagyságrenddel U Ezzel a két módszerrel megkapjuk a tipikus méretet: d= 2σ/ Eρ.

2. módszer. Vegyünk egy gömb alakú folyadékcseppet, és osszuk két cseppre. A teljes térfogat nem változott, de a felület nőtt, ami azt jelenti, hogy a felületi feszültség energia is nőtt. Ezért egy ilyen elválasztáshoz a kezdeti és a végi felületi energiák különbségével egyenlő energiát kell fordítanunk. Egyre tovább törjük a cseppet, amíg el nem érjük a molekula méretű „cseppeket”. Szigorúan véve ilyen méreteknél már nem lehet felületi feszültségről beszélni, de a legdurvább becslésekhez mégis ki lehet számítani a kapott „teljes felületet”, megszorozni σ-vel, és megtudni, hogy mennyi energiát kell egy ilyen szétválasztásra fordítani. De a folyadék felosztása molekulaméretű egyedi „cseppekre” a párologtatás folyamata. Ily módon a fent megadotthoz hasonló képletet is kaphat, de csak némileg eltérő számszerű együtthatóval.

Már csak a számok helyettesítése van hátra. Vízsűrűség 1000 kg/m 3, felületi feszültség együtthatója 0,07 J/m 2, fajlagos hő párologtatás 2,3 MJ/kg. A molekula mérete ebből adódik 0,6·10 –10 m. Ez körülbelül 3-szor kisebb, mint a molekula tényleges mérete, ami nem rossz egy ilyen durva becsléshez.

Utószó

Ez természetesen nem az egyetlen mód makroszkopikus adatok alapján határozzák meg a molekulák méretét, de minden ilyen módszer csak nagyon durva becslést ad a nagyságrendről. Szórással sokkal pontosabban mérheti a méreteket röntgensugarak(valamint az elektronok vagy neutronok), amelyek hullámhossza kisebb, mint egy nanométer a kristályokon. A diffrakciós minta nemcsak a kristálycella méreteit mutatja, hanem azt is, hogy a benne lévő atomok hogyan helyezkednek el egymáshoz képest.

Érdekes megjegyezni, hogy a 20. század elején még nem minden tudós ragaszkodott az anyag szerkezetének atomképéhez. A kulcspontok, amelyek bizonyították a molekulák valóságát, Einstein leírása volt Brown-mozgásés a diffúzió törvénye, valamint Perrin felfedezése az üledékképződés egyensúlyáról (1926-os fizikai Nobel-díj). Mindkét kísérletben mikroszkopikusan az anyagrészecskék, amelyek mérete mikroszkópos megfigyeléssel meghatározható volt, némileg hasonlóan viselkedtek egyedi molekulák anyagok, ami lehetővé tette a „hidak építését” a mikrokozmosz és a mindennapi jelenségek világa között.

Atom mérete külső elektronhéjának sugara határozza meg. Az összes atom mérete ~ 10 -10 m, az atommag mérete pedig 5 nagyságrenddel kisebb, csak 10 -15 m. emeletes épületben, akkor az atommag úgy fog kinézni, mint egy milliméteres porszem ennek a háznak a központi helyiségében. Nehéz azonban elképzelni egy házat, amelynek tömege szinte teljes egészében ebben a porszemben összpontosul. És pontosan ez az, ami az atom.

Az atomok nagyon kicsik és nagyon könnyűek. Egy atom annyiszor könnyebb, mint egy alma, hányszor könnyebb egy alma földgolyó. Ha a világ „nehezebb lesz”, hogy egy atom súlya olyan legyen, mint egy vízcsepp, akkor az ilyen világban az emberek olyan nehezekké válnak, mint a bolygók: a gyerekek, mint a Merkúr és a Mars, és a felnőttek, mint a Vénusz és a Föld.

Egy atomot még mikroszkóppal sem lehet megvizsgálni. A legjobb optikai mikroszkópok lehetővé teszik egy objektum részleteinek megkülönböztetését, ha a távolság ~0,2 µm. Elektronmikroszkópban ez a távolság ~2-3 Å-re csökkent. Először volt lehetőség az egyes atomok megkülönböztetésére és fényképezésére ionprojektor segítségével. De senki sem látta, hogyan működik az atom belül. Az atomok szerkezetére vonatkozó összes adatot részecskeszórási kísérletekből nyertük.

Az atommag tömege több ezerszer több tömeg az elektronikus héja. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy az atommagok az elektronokhoz képest nagyon nehéz részecskékből, úgynevezett protonokból állnak. pés neutronok n. Tömegük majdnem azonos, és körülbelül 2000-szer nagyobb, mint egy elektron tömege. Egy időben proton egy pozitív töltésű részecske, és neutron- semleges. A proton töltése nagysága megegyezik az elektron töltésével. Az atommagban lévő protonok száma megegyezik a héjban lévő elektronok számával, ez biztosítja az atom elektromos semlegességét. A neutronok száma eltérő lehet a könnyű hidrogénatom atommagjában, de a szénatom magjában 6, 7 vagy 8 lehet.

Elektron tömegm e ≈ 0,91. 10 -30 kg, proton tömegm p≈ 1.673. 10-27 kg = 1836m e , neutrontömegmn=1,675. 10-27 kg≈ 1840 m e.

Atomtömeg mennyiségével kisebb, mint az atommag és az elektronok tömegének összege Δm, hívott tömeghiba, amely az atommag és az elektronok közötti Coulomb-kölcsönhatás miatt keletkezik. Az atomok tömeghibája (szemben az atommagokkal) nagyon kicsi, és bár növekszik a növekedéssel Z, egyetlen atom sem haladja meg az elektron tömegét. Anyag az oldalról

Természetesen egy atomot nem lehet mérlegre tenni és lemérni, hogy túl kicsi. Az atomok tömegét először vegyészek határozták meg. Sőt, relatív mértékegységekben mérték őket, a hidrogénatom tömegét egynek véve és a Dalton-törvény alapján, amely szerint vegyszerek kémiai elemek atomjainak szigorúan meghatározott arányú kombinálásával jönnek létre. És most az atomok tömegét leggyakrabban relatív egységekben mérik, de a C 12,1 a szénatom tömegének 1/12-ét használják atomtömeg egységként (amu). e.m. = 1,66057. 10-27 kg.

Az atomoknak nincs egyértelműen meghatározott külső határa, ezért méretüket a kémiai kötést képző szomszédos atomok magjai közötti távolság határozza meg. A sugár függ az atom helyzetétől, típusától, a kémiai kötés típusától, a közeli atomok számától ( koordinációs szám) és a spinként ismert kvantummechanikai tulajdonság. Az elemek periódusos rendszerében az atomok mérete növekszik, amikor egy oszlopon lefelé halad, és csökken, ha egy sor balról jobbra halad. Ennek megfelelően a legkisebb atom egy hélium atom, amelynek sugara 32 pm, a legnagyobb pedig egy céziumatom (225 pm).

Az atom az univerzum egyedi részecskéje. Ez a cikk megpróbál információkat közölni az olvasóval az anyag ezen eleméről. Itt a következő kérdéseket vizsgáljuk meg: mekkora az atom átmérője és méretei, milyen minőségi paraméterei vannak, mi a szerepe az Univerzumban.

Bevezetés az atomba

Atom – összetett részecske mikroszkopikus méretű és tömegű anyagok. Ez legkisebb része elemeket kémiai természet hihetetlenül kis mérettel és súllyal.

Az atomok két alapból épülnek fel szerkezeti elemek, nevezetesen az elektronokból és az atommagból, amelyet viszont protonok és neutronok alkotnak. A protonok száma eltérhet a neutronok számától. Mind a kémiában, mind a fizikában azokat az atomokat, amelyekben a protonok száma összemérhető az elektronok számával, elektromosan semlegesnek nevezik. Ha az elektronok száma nagyobb vagy kisebb, mint a protonok száma, akkor az atom, pozitívvá válva ill negatív töltés, ionná válik.

Történelmi adatok

A tudomány fizika és kémia terén elért eredményeinek köszönhetően számos felfedezés született az atom természetét, szerkezetét és képességeit illetően. Számos kísérletet és számítást végeztek, amelyek során egy személy a következő kérdésekre tudott válaszolni: mekkora az atom átmérője, mérete és még sok más.

Először fedezték fel és fogalmazták meg filozófusok az atom fogalmát ókori Görögországés Róma. A 17. és 18. században a kémikusok kísérletekkel tudták bebizonyítani, hogy az atom az anyag legkisebb részecskéje. Megmutatták, hogy sok anyag ismételt felhasználásával lebontható kémiai módszerek. A jövőben azonban fizikusok fedezték fel szubatomi részecskék kimutatták, hogy még egy atom is felosztható, és szubatomi komponensekből épül fel.

A németországi karlsruhei Nemzetközi Kémiai Tudósok Kongresszusa 1860-ban döntött az atomok és molekulák fogalmáról, ahol az atomot a kémiai elemek legkisebb részének tekintik. Következésképpen az egyszerű és összetett típusú anyagok része is.

A hidrogénatom átmérőjét az elsők között vizsgálták. Számításait azonban többször elvégezték, és a legutóbbi, 2010-ben megjelent számítások szerint 4%-kal kevesebb a korábban feltételezettnél (10 -8). Indikátor általános jelentése Az atommag nagysága a 10 -13 -10 -12 számnak felel meg, a teljes átmérő nagyságrendje pedig 10 -8. Ez sok ellentmondást és problémát okozott, mivel maga a hidrogén jogosan tartozik a fő csoporthoz alkatrészek minden megfigyelhető univerzum, és egy ilyen következetlenség sok újraszámításra kényszerít az alapvető állításokkal kapcsolatban.

Az atom és modellje

Jelenleg az atom öt fő modellje ismert, amelyek elsősorban az időkeretben és a szerkezetére vonatkozó elképzelésekben különböznek egymástól. Nézzük közvetlenül a modelleket:

• Az alkotó darabok számítanak. Démokritosz úgy vélte, hogy az anyagok bármely tulajdonságát alakja, tömege és egyéb sorozatai határozzák meg gyakorlati jellemzői. Például a tűz éghet, mert atomjai élesek. Démokritosz szerint még a lelket is atomok alkotják.
• Thomson atommodellje, amelyet maga J. J. Thomson alkotott meg 1904-ben. Azt javasolta, hogy az atom pozitív töltésű testnek tekinthető, amely elektronokban található.
• Korai planetáris atommodell Az 1904-ben alapított Nagaoki úgy gondolta, hogy az atom szerkezete hasonló a Szaturnusz szerkezetéhez. Az atommag kis méretű és pozitív töltési indexű, körülvéve a gyűrűk körül mozgó elektronokkal.
• Nukleáris bolygómodell, amelyet Bohr és Rutherford fedezett fel. 1911-ben E. Rutherford, miután vezényelt egy egész sorozat A kísérletek során azt hitték, hogy az atom hasonló egy bolygórendszerhez, ahol az elektronok keringési pályája az atommag körül mozog. Ez a feltételezés azonban ellentmondott az adatoknak klasszikus elektrodinamika. Ennek az elméletnek az érvényességének bizonyítására Niels Bohr bevezette a posztulátumok fogalmát, amelyek azt állítják és megmutatják, hogy az elektronnak nem kell energiát költenie, mivel egy bizonyos, speciális energiaállapotban van. Ezt követően az atom tanulmányozása vezetett a megjelenéshez kvantummechanika, amely képes volt megmagyarázni a sok megfigyelhető ellentmondást.
• A kvantummechanikai atommodell szerint a szóban forgó részecske központi magja egy protonokból képződött magból, valamint a körülötte mozgó neutronokból és elektronokból áll.

Szerkezeti jellemzők

Az atom mérete korábban meghatározta, hogy az oszthatatlan részecske. Azonban számos teszt és kísérlet kimutatta, hogy szubatomi részecskékből épül fel. Bármely atom elektronokból, protonokból és neutronokból áll, kivéve a hidrogént - 1, amely nem tartalmazza az utóbbit.

A Standard Modell azt mutatja, hogy a protonok és a neutronok kvarkok közötti kölcsönhatások révén jönnek létre. A leptonokkal együtt a fermionokhoz tartoznak. Jelenleg 6 féle kvark létezik. A protonokat két u-kvark és egy d-kvark, a neutront pedig egy u-kvark és két d-kvark alkotja. Nukleáris kölcsönhatás erős típus kvarkokat megkötő gluonok segítségével továbbítják.

Az elektronok mozgását az atomtérben meghatározza az a „vágyuk”, hogy közelebb kerüljenek az atommaghoz, vagyis vonzani akarják őket, valamint Coulomb-erők kölcsönhatások közöttük. Ugyanezen típusú erők tartják az egyes elektronokat az atommagot körülvevő potenciálgátban. Az elektronmozgás pályája határozza meg az atom átmérőjét, amely egyenlő a kör egyik pontjából a másikba, valamint a középponton áthaladó egyenessel.

Az atomnak megvan a spinje, amelyet saját lendülete képvisel, és meghaladja a megértést általános jellegű anyag. Leírása kvantummechanika segítségével.

Méretek és súly

Az atom minden egyes magja azzal ugyanaz a mutató A protonok száma az összesre vonatkozik kémiai elem. Az izotópok közé tartoznak ugyanazon elem atomjainak képviselői, de a neutron mennyisége eltérő.

Mivel a fizikában az atomok szerkezete azt jelzi, hogy tömegük nagy részét protonok és neutronok teszik ki, ezeknek a részecskéknek a teljes mennyisége tömegszámmal rendelkezik. Kifejezés atomtömeg nyugalomban az atomtömeg-egységek (a.m.u.) használatával történik, amelyeket másként daltonoknak (Da) neveznek.

Az atom méretének nincsenek egyértelműen meghatározott határai. Ezért azt az azonos típusú atomok egymáshoz kémiailag kötődő magjai közötti távolság mérésével határozzák meg. Egy másik mérési módszer is lehetséges az atommagtól a következő elérhető stabil típusú elektronpályáig vezető út időtartamának kiszámításával. Az elemek periódusos táblázata D. I. Mengyelejevtől a legkisebbtől a legnagyobbig rendezi az atomokat az oszlop irányában felülről lefelé, a balról jobbra való mozgás is a méretük csökkenésén alapul.

Bomlási idő

Minden chem. az elemek egy vagy annál magasabb izotópokkal rendelkeznek. Instabil magot tartalmaznak, amely radioaktív bomlásnak van kitéve, ami részecskék kibocsátását, ill. elektromágneses sugárzás. Radioaktív az az izotóp, amelynek sugara erős interakció túlnyúlik az átmérő legtávolabbi pontjain. Ha az aurum példáját vesszük figyelembe, akkor az izotóp az Au atom lesz, amelynek átmérőjén túl a sugárzó részecskék minden irányba „repülnek”. Kezdetben az aranyatom átmérője két sugár értékének felel meg, amelyek mindegyike 144 pc, és az atommagtól ezen a távolságon túlnyúló részecskéket izotópoknak tekintjük. A bomlásnak három típusa van: alfa-, béta- és gamma-sugárzás.

A vegyérték fogalma és az energiaszintek jelenléte

Megismertük már az ilyen kérdésekre adott válaszokat: mekkora az atom átmérője, mérete, megismerkedtünk az atomi bomlás fogalmával stb. Ezen kívül azonban az atomoknak olyan jellemzői is vannak, mint pl. a méretet energiaszintekés vegyérték.

Az atommag körül mozgó elektronok rendelkeznek potenciális energiaés kötött állapotban maradnak, gerjesztett szinten helyezkednek el. A kvantummodell szerint egy elektron csak diszkrét számú energiaszintet foglal el.

Valence az általános képesség atomok, amelyek rendelkeznek elektronhéj van szabad hely, hozz létre kapcsolatokat kémiai típus másokkal atomi egységek. Létrehozásával kémiai kötések Az atomok megpróbálják kitölteni a külső vegyértékhéj rétegét.

Ionizálás

Az expozíció következtében magas értékű Az atomonkénti feszültség visszafordíthatatlan deformáción mehet keresztül, ami elektronikus leválással jár.

Ez az atomok ionizációját eredményezi, amely során elektron(ok)at adnak fel, és stabil állapotból ionokká alakulnak át. pozitív töltés, más néven kationok. Ez a folyamat bizonyos energiát igényel, amelyet ionizációs potenciálnak nevezünk.

Összegezve

A szerkezetre, a kölcsönhatás jellemzőire, a minőségi paraméterekre, az atom átmérőjére és méreteire vonatkozó kérdések vizsgálata mindez lehetővé tette az emberi elmének hihetetlen munkát végezni, amely segít jobban megérteni és megérteni a minket körülvevő összes anyag szerkezetét. Ugyanezek a kérdések tették lehetővé az ember számára, hogy felfedezze az atom elektronegativitásának, szórt vonzásának fogalmát, vegyértéklehetőségek, határozza meg az időtartamot radioaktív bomlásés még sok más.