Atom jest najmniejszą jednostką cząstek występujących substancji prosty, będących w stanie interweniować w kombinacji chemicznej. Na przestrzeni wieków ograniczona wiedza o atomie była tylko przedmiotem domysłów i przypuszczeń, tak że konkretne dane można było uzyskać dopiero wiele lat później. W XVIII i XIX wieku angielski naukowiec John Dalton zasugerował istnienie atomów jako niezwykle małej jednostki, z której cała materia będzie się składać, i przypisał im masę i przedstawił je jako solidne i niepodzielne sfery.
Co to jest atom
Spis treści
Jest to minimalna jednostka materii, z której składają się ciała stałe, ciecze i gazy. Atomy są zgrupowane razem, mogąc być tego samego typu lub różnych, tworząc cząsteczki, które z kolei stanowią materię, z której zbudowane są istniejące ciała. Jednak naukowcy ustalili, że tylko 5% materii we wszechświecie składa się z atomów, ponieważ ciemna materia (która zajmuje ponad 20% wszechświata) składa się z nieznanych cząstek, a także ciemnej energii (który zajmuje 70%).
Jego nazwa pochodzi od łacińskiego atomus, co oznacza „niepodzielny”, a tymi, którzy nadali jej tę terminologię, byli greccy filozofowie Demokryt (460-370 pne) i Epikur (341-270 pne).
Ci filozofowie, którzy bez eksperymentowania, szukając odpowiedzi na pytanie, z czego się składamy i wyjaśnienia rzeczywistości, doszli do wniosku, że nie można dzielić materii w nieskończoność, że powinien istnieć „szczyt”, co oznaczało, że osiągnąłby minimalną granicę tego, z czego składają się wszystkie rzeczy. Nazwali wspomniany „górny” atom, ponieważ tej minimalnej cząstki nie można już podzielić, a wszechświat byłby z niej złożony. Należy dodać, że ta koncepcja jest nadal zachowana, jeśli chodzi o to, czym jest atom.
Składa się z jądra, w którym znajduje się co najmniej jeden proton i taka sama liczba neutronów (których połączenie nazywa się „nukleonem), a co najmniej 99,94% jego masy znajduje się w tym jądrze. Pozostałe 0,06% to elektrony krążące wokół jądra. Jeśli liczba elektronów i protonów jest taka sama, atom jest elektrycznie obojętny; jeśli ma więcej elektronów niż protonów, jego ładunek będzie ujemny i określany jest jako anion; a jeśli liczba protonów przekroczy liczbę elektronów, ich ładunek będzie dodatni i nazywany kationem.
Jego rozmiar jest tak mały (około dziesięciu miliardowych części metra), że gdyby obiekt został podzielony znaczną liczbę razy, nie byłoby już materiału, z którego został zbudowany, ale atomy pierwiastków pozostałyby takimi, w połączeniu utworzyli go, a te są praktycznie niewidoczne. Jednak nie wszystkie typy atomów mają ten sam kształt i rozmiar, ponieważ będzie to zależeć od kilku czynników.
Elementy atomu
Atomy mają inne składniki, które je tworzą, zwane cząstkami subatomowymi, które nie mogą istnieć niezależnie, chyba że są w specjalnych i kontrolowanych warunkach. Te cząstki to: elektrony, które mają ładunek ujemny; protony, które są naładowane dodatnio; i neutrony, których ładunek jest równy, co czyni je elektrycznie neutralnymi. Protony i neutrony znajdują się w jądrze (centrum) atomu, tworząc tak zwany nukleon, a elektrony krążą wokół jądra.
Protony
Ta cząstka znajduje się w jądrze atomu, tworząc część nukleonów, a jej ładunek jest dodatni. Stanowią około 50% masy atomu, a ich masa jest równa 1836 masom elektronu. Jednak mają nieco mniejszą masę niż neutrony. Proton nie jest cząstką elementarną, ponieważ składa się z trzech kwarków (który jest rodzajem fermionu, jednej z dwóch istniejących cząstek elementarnych).
Liczba protonów w atomie decyduje o rodzaju pierwiastka. Na przykład atom węgla ma sześć protonów, podczas gdy atom wodoru ma tylko jeden proton.
Elektrony
Są to ujemne cząstki, które krążą wokół jądra atomu. Jego masa jest tak mała, że uważa się ją za jednorazową. Zwykle liczba elektronów w atomie jest taka sama jak w protonach, więc oba ładunki znoszą się nawzajem.
Elektrony różnych atomów są połączone siłą Coulomba (elektrostatyczną), a gdy są dzielone i wymieniane z jednego atomu na drugi, powodują wiązania chemiczne. Istnieją elektrony, które mogą być wolne, bez przyłączenia się do żadnego atomu; a te, które są połączone z jednym, mogą mieć orbity o różnych rozmiarach (im większy promień orbity, tym większa zawarta w nim energia).
Elektron jest cząstką elementarną, ponieważ jest rodzajem fermionu (leptonów) i nie składa się z niego żaden inny pierwiastek.
Neutrony
Jest to subatomowa neutralna cząstka atomu, to znaczy ma taką samą ilość ładunku dodatniego i ujemnego. Jego masa jest nieco większa niż protonów, z którymi tworzy jądro atomu.
Podobnie jak protony, neutrony składają się z trzech kwarków: dwóch zstępujących lub opadających o ładunku -1/3 i jednego wznoszącego się lub górnego o ładunku +2/3, co daje całkowity ładunek równy zero, co nadaje mu neutralność. Neutron sam w sobie nie może istnieć poza jądrem, ponieważ jego średni czas życia poza jądrem wynosi około 15 minut.
Ilość neutronów w atomie nie określa jego natury, chyba że jest to izotop.
Izotopy
Są to atomy, których skład jądra nie jest sprawiedliwy; to znaczy ma taką samą liczbę protonów, ale inną liczbę neutronów. W tym przypadku atomy tworzące ten sam pierwiastek będą różne, zróżnicowane liczbą neutronów, które zawierają.
Istnieją dwa rodzaje izotopów:
- Naturalny, występujący w naturze, taki jak atom wodoru, który ma trzy (prot, deuter i tryt); lub atom węgla, który również ma trzy (węgiel-12, węgiel-13 i węgiel-14; każdy ma inną użyteczność).
- Sztuczne, które powstają w kontrolowanych środowiskach, w których bombardowane są cząstki subatomowe, są niestabilne i radioaktywne.
Istnieją stabilne izotopy, ale ta stabilność jest względna, ponieważ chociaż są one radioaktywne w ten sam sposób, ich okres rozpadu jest długi w porównaniu z istnieniem planety.
Jak definiowane są elementy atomu
Atom będzie zróżnicowany lub zdefiniowany przez kilka czynników, a mianowicie:
- Ilość protonów: zmiana tej liczby może skutkować innym pierwiastkiem, ponieważ określa, do którego pierwiastka chemicznego należy.
- Ilość neutronów: określa izotop pierwiastka.
Siła, z jaką protony przyciągają elektrony, jest elektromagnetyczna; podczas gdy ten, który przyciąga protony i neutrony, to jądrowy, którego intensywność jest większa niż pierwsza, która odpycha od siebie dodatnio naładowane protony.
Jeśli liczba protonów w atomie jest wysoka, siła elektromagnetyczna, która je odpycha, stanie się silniejsza niż jądrowa, istnieje prawdopodobieństwo, że nukleony zostaną wyrzucone z jądra, powodując rozpad jądrowy lub tak zwane radioaktywność; później doprowadzić do transmutacji jądrowej, która jest konwersją jednego elementu w inny (alchemia).
Co to jest model atomowy
Jest to schemat, który pomaga określić, czym jest atom, jego skład, rozmieszczenie i cechy, które przedstawia. Od narodzin tego terminu opracowywano różne modele atomowe, które pozwoliły nam lepiej zrozumieć strukturę materii.
Najbardziej reprezentatywne modele atomowe to:
Model atomowy Bohra
Duński fizyk Niels Bohr (1885-1962), po studiach u swojego profesora, chemika, a także fizyka Ernesta Rutherforda, zainspirował się jego modelem, aby odsłonić swój własny, biorąc atom wodoru jako przewodnik.
Model atomowy Bohra składa się z pewnego rodzaju układu planetarnego, w którym jądro znajduje się w centrum, a elektrony poruszają się wokół niego jak planety, na stabilnych i kołowych orbitach, gdzie większy magazynuje więcej energii. Obejmuje pochłanianie i emisję gazów, teorię kwantyzacji Maxa Plancka i efekt fotoelektryczny
Albert Einstein
Elektrony mogą przeskakiwać z jednej orbity na drugą: jeśli przejdą z jednej o niższej energii na drugą o wyższej energii, zwiększy ilość energii na każdej orbicie, którą osiągnie; Odwrotnie dzieje się, gdy przechodzi od wyższej do niższej energii, gdzie nie tylko maleje, ale także traci ją w postaci promieniowania, takiego jak światło (foton).
Jednak model atomowy Bohra miał wady, ponieważ nie miał zastosowania do innych typów atomów.
Model atomowy Daltona
John Dalton (1766-1844), matematyk i chemik, był pionierem w publikacji modelu atomowego o podstawach naukowych, w którym stwierdził, że atomy są podobne do kul bilardowych, czyli kuliste.
Model atomowy Daltona ustanawia w swoim podejściu (które nazwał „teorią atomową”), że atomów nie można dzielić. Ustala również, że atomy tego samego pierwiastka mają identyczne właściwości, w tym ich wagę i masę; że chociaż można je łączyć, pozostają niepodzielne w prostych związkach; i że można je łączyć w różnych proporcjach z innymi typami atomów, tworząc różne związki (połączenie dwóch lub więcej typów atomów).
Ten atomowy model Daltona był niespójny, ponieważ nie wyjaśniał obecności cząstek subatomowych, ponieważ obecność elektronu i protonu była nieznana. Nie potrafił też wyjaśnić zjawiska radioaktywności lub prądu elektronów (promieni katodowych); ponadto nie uwzględnia izotopów (atomów tego samego pierwiastka o różnej masie).
Model atomowy Rutherforda
Wychowany przez fizyka i chemika Ernesta Rutherforda (1871-1937) model ten jest analogią do układu słonecznego. Model atomowy Rutherforda ustala, że najwyższy procent masy atomu i jego dodatniej części znajduje się w jego jądrze (w środku); a ujemna część lub elektrony krążą wokół niej po orbitach eliptycznych lub kołowych, z próżnią między nimi. W ten sposób stał się pierwszym modelem, który rozdzielił atom na jądro i powłokę.
Fizyk przeprowadził eksperymenty, w których obliczył kąt rozproszenia cząstek przy uderzeniu w złotą folię i zauważył, że niektóre odbijały się pod nie przystającymi kątami, po czym doszedł do wniosku, że ich jądro musi być małe, ale o dużej gęstości. Dzięki Rutherfordowi, który był uczniem JJ Thomsona, pojawiło się również pierwsze pojęcie o obecności neutronów. Kolejnym osiągnięciem było postawienie pytań o to, jak dodatnie ładunki w jądrze mogą pozostawać razem w tak małej objętości, co później doprowadziło do odkrycia jednego z podstawowych interakcji: silnej siły jądrowej.
Model atomowy Rutherforda był niespójny, ponieważ był sprzeczny z prawami Maxwella dotyczącymi elektromagnetyzmu; nie wyjaśnił też zjawiska promieniowania energii w przejściu elektronu ze stanu wysokiego do niskiego.
Model atomowy Thomsona
Został zdemaskowany przez naukowca i laureata Nagrody Nobla z fizyki w 1906 roku, Josepha Johna Thomsona (1856-1940). Model atomowy Thomsona opisuje atom jako dodatnio naładowaną sferyczną masę z umieszczonymi w niej elektronami, jak pudding z rodzynkami. Liczba elektronów w tym modelu była wystarczająca do zneutralizowania ładunku dodatniego, a rozkład masy dodatniej i elektronów był losowy.
Eksperymentował z promieniami katodowymi: w rurze próżniowej przepuszczał promienie prądu za pomocą dwóch płytek, wytwarzając pole elektryczne, które je odchylało. W ten sposób ustalił, że elektryczność składa się z innej cząstki; odkrycie istnienia elektronów.
Jednak model atomowy Thomsona był krótki i nigdy nie uzyskał akademickiej akceptacji. Jego opis budowy wewnętrznej atomu był niepoprawny, podobnie jak rozkład ładunków, nie uwzględniał istnienia neutronów i nie było wiadomo o protonach. Nie wyjaśnia też regularności układu okresowego pierwiastków.
Mimo to jego badania posłużyły za podstawę późniejszych odkryć, ponieważ z tego modelu wiadomo było o istnieniu cząstek subatomowych.
Masa atomowa
Przedstawiona literą A całkowita masa protonów i neutronów zawartych w atomie nazywana jest masą atomową, bez uwzględnienia elektronów, ponieważ ich masa jest tak mała, że można ją odrzucić.
Izotopy to odmiany atomów tego samego pierwiastka z taką samą liczbą protonów, ale różną liczbą neutronów, więc ich masy atomowe będą różne, nawet jeśli są bardzo podobne.
Liczba atomowa
Jest reprezentowany przez literę Z i odnosi się do liczby protonów zawartych w atomie, czyli tyle samo elektronów w nim. Układ okresowy pierwiastków Mendelejewa z 1869 roku jest uporządkowany od najmniejszego do największego według liczby atomowej.
