Numele „atom” este tradus din greacă ca „indivizibil”. Totul din jurul nostru - solide, lichide și aer - este construit din miliarde de aceste particule.
Apariția versiunii despre atom
Atomii au devenit cunoscuți pentru prima dată în secolul al V-lea î. Hr., când filozoful grec Democrit a sugerat că materia constă în mișcare de particule minuscule. Dar apoi nu a fost posibil să se verifice versiunea existenței lor. Și, deși nimeni nu a putut vedea aceste particule, ideea a fost discutată, deoarece singurul mod în care oamenii de știință ar putea explica procesele care au loc în lumea reală. Prin urmare, au crezut în existența microparticulelor cu mult înainte de a putea dovedi acest fapt.
Numai în secolul al XIX-lea. au început să fie analizați ca cei mai mici constituenți ai elementelor chimice, având proprietățile specifice ale atomilor - capacitatea de a intra în compuși cu alții într-o cantitate strict prescrisă. La începutul secolului al XX-lea, se credea că atomii erau cele mai mici particule de materie, până când s-a dovedit că sunt formați din unități și mai mici.
Din ce este format un element chimic?
Atomul unui element chimic este un bloc microscopic al materiei. Greutatea moleculară a atomului a devenit caracteristica definitorie a acestei microparticule. Doar descoperirea legii periodice a lui Mendeleev a dovedit că tipurile lor sunt diferite forme ale unei singure materii. Sunt atât de mici încât nu pot fi văzute folosind microscoape obișnuite, doar cele mai puternice dispozitive electronice. În comparație, un păr de pe o mână umană este de un milion de ori mai lat.
Structura electronică a unui atom are un nucleu, format din neutroni și protoni, precum și electroni, care fac revoluții în jurul centrului pe orbite constante, precum planetele în jurul stelelor lor. Toate sunt ținute împreună de forța electromagnetică, una dintre cele patru forțe principale din univers. Neutronii sunt particule cu o sarcină neutră, protonii sunt înzestrați cu o sarcină pozitivă, iar electronii cu o sarcină negativă. Aceștia din urmă sunt atrași de protonii încărcați pozitiv, așa că tind să rămână pe orbită.
Structura atomului
În partea centrală există un nucleu care umple partea minimă a întregului atom. Dar studiile arată că aproape întreaga masă (99,9%) se află în ea. Fiecare atom conține protoni, neutroni, electroni. Numărul de electroni rotativi din el este egal cu sarcina centrală pozitivă. Particulele cu aceeași sarcină nucleară Z, dar cu masă atomică A diferită și cu numărul de neutroni din nucleul N se numesc izotopi, iar cu același A și Z și N diferit se numesc izobare. Electronul este cea mai mică particulă de materie cu un negativsarcina electrica e=1,6 10-19 coulomb. Sarcina unui ion determină numărul de electroni pierduți sau câștigați. Procesul de metamorfoză a unui atom neutru într-un ion încărcat se numește ionizare.
Versiune nouă a modelului atom
Fizicienii au descoperit multe alte particule elementare până în prezent. Structura electronică a atomului are o nouă versiune.
Se crede că protonii și neutronii, oricât de mici ar fi, constau din cele mai mici particule numite quarci. Ele constituie un nou model de construcție a atomului. Deoarece oamenii de știință obișnuiau să strângă dovezi pentru existența modelului anterior, astăzi încearcă să demonstreze existența quarcilor.
RTM este dispozitivul viitorului
Oamenii de știință moderni pot vedea particulele atomice ale unei substanțe pe un monitor de computer, precum și le pot muta pe suprafață folosind un instrument special numit microscop cu scanare tunel (RTM).
Acesta este un instrument computerizat cu un vârf care se mișcă foarte ușor lângă suprafața materialului. Pe măsură ce vârful se mișcă, electronii se deplasează prin golul dintre vârf și suprafață. Deși materialul arată perfect neted, este de fapt neuniform la nivel atomic. Computerul realizează o hartă a suprafeței materiei, creând o imagine a particulelor acesteia și, astfel, oamenii de știință pot vedea proprietățile atomului.
Particule radioactive
Ionii încărcați negativ circulă în jurul nucleului la o distanță suficient de mare. Structura unui atom este de așa natură încât este întregeste cu adevărat neutru și nu are sarcină electrică deoarece toate particulele sale (protoni, neutroni, electroni) sunt în echilibru.
Un atom radioactiv este un element care poate fi divizat cu ușurință. Centrul său este format din mulți protoni și neutroni. Singura excepție este diagrama atomului de hidrogen, care are un singur proton. Nucleul este înconjurat de un nor de electroni, atracția lor este cea care îi face să se rotească în jurul centrului. Protonii cu aceeași sarcină se resping reciproc.
Aceasta nu este o problemă pentru majoritatea particulelor mici care au mai multe dintre ele. Dar unele dintre ele sunt instabile, mai ales cele mari, cum ar fi uraniul, care are 92 de protoni. Uneori, centrul său nu poate rezista la o astfel de încărcare. Ele sunt numite radioactive deoarece emit mai multe particule din miezul lor. După ce nucleul instabil a scăpat de protoni, protonii rămași formează o nouă fiică. Poate fi stabil în funcție de numărul de protoni din noul nucleu sau se poate diviza în continuare. Acest proces continuă până când rămâne un nucleu copil stabil.
Proprietățile atomilor
Proprietățile fizice și chimice ale unui atom se schimbă în mod natural de la un element la altul. Acestea sunt definite de următorii parametri principali.
Masa atomică. Deoarece locul principal al microparticulelor este ocupat de protoni și neutroni, suma acestora determină numărul, care este exprimat în unități de masă atomică (amu) Formula: A=Z + N.
Raza atomică. Raza depinde de locația elementului în sistemul Mendeleev, chimiclegături, numărul de atomi vecini și acțiunea mecanică cuantică. Raza nucleului este de o sută de mii de ori mai mică decât raza elementului în sine. Structura unui atom poate pierde electroni și poate deveni un ion pozitiv sau poate adăuga electroni și poate deveni un ion negativ.
În sistemul periodic al lui Mendeleev, orice element chimic ia locul care i-a fost atribuit. În tabel, dimensiunea unui atom crește pe măsură ce vă deplasați de sus în jos și scade pe măsură ce vă deplasați de la stânga la dreapta. Din aceasta, cel mai mic element este heliul, iar cel mai mare este cesiul.
Valency. Învelișul exterior de electroni a unui atom se numește înveliș de valență, iar electronii din acesta au primit numele corespunzător - electroni de valență. Numărul lor determină modul în care un atom este conectat la ceilalți prin intermediul unei legături chimice. Prin metoda creării ultimei microparticule, ei încearcă să-și umple învelișurile exterioare de valență.
Gravația, atracția este forța care menține planetele pe orbită, din cauza ei obiectele eliberate din mâini cad pe podea. O persoană observă mai mult gravitația, dar acțiunea electromagnetică este de multe ori mai puternică. Forța care atrage (sau respinge) particulele încărcate dintr-un atom este de 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 de ori mai puternică decât gravitația din acesta. Dar există o forță și mai puternică în centrul nucleului care poate ține împreună protonii și neutronii.
Reacțiile din nuclee creează energie ca în reactoarele nucleare unde atomii sunt divizați. Cu cât elementul este mai greu, cu atât mai multe particule din care sunt formați atomii săi. Dacă adunăm numărul total de protoni și neutroni dintr-un element, îl aflămmasa. De exemplu, uraniul, cel mai greu element găsit în natură, are o masă atomică de 235 sau 238.
Împărțirea unui atom în niveluri
Nivelurile de energie ale unui atom sunt de dimensiunea spațiului din jurul nucleului, unde electronul este în mișcare. Există 7 orbitali în total, corespunzător numărului de perioade din tabelul periodic. Cu cât locația electronului este mai îndepărtată de nucleu, cu atât are o rezervă de energie mai semnificativă. Numărul perioadei indică numărul de orbiti atomici din jurul nucleului său. De exemplu, potasiul este un element din perioada a 4-a, ceea ce înseamnă că are 4 niveluri de energie ale atomului. Numărul unui element chimic corespunde sarcinii sale și numărului de electroni din jurul nucleului.
Atomul este o sursă de energie
Probabil cea mai faimoasă formulă științifică a fost descoperită de fizicianul german Einstein. Ea susține că masa nu este altceva decât o formă de energie. Pe baza acestei teorii, este posibil să se transforme materia în energie și să se calculeze prin formula cât de mult se poate obține. Primul rezultat practic al acestei transformări au fost bombele atomice, care au fost testate mai întâi în deșertul Los Alamos (SUA), apoi au explodat deasupra orașelor japoneze. Și, deși doar o șapte parte din exploziv sa transformat în energie, puterea distructivă a bombei atomice a fost teribilă.
Pentru ca miezul să-și elibereze energia, acesta trebuie să se prăbușească. Pentru a-l împărți, este necesar să acționezi cu un neutron din exterior. Apoi nucleul se rupe în alte două, mai ușoare, oferind în același timp o eliberare uriașă de energie. Dezintegrarea duce la eliberarea altor neutroni,și continuă să despartă alte nuclee. Procesul se transformă într-o reacție în lanț, rezultând o cantitate uriașă de energie.
Pro și contra utilizării reacției nucleare în vremea noastră
Forța distructivă, care este eliberată în timpul transformării materiei, omenirea încearcă să îmblânzească centralele nucleare. Aici, reacția nucleară nu are loc sub forma unei explozii, ci ca o eliberare treptată de căldură.
Producerea de energie atomică are avantaje și dezavantaje. Potrivit oamenilor de știință, pentru a ne menține civilizația la un nivel în alt, este necesar să folosim această uriașă sursă de energie. Dar trebuie să se țină seama și de faptul că nici cele mai moderne dezvoltări nu pot garanta siguranța completă a centralelor nucleare. În plus, deșeurile radioactive produse în timpul producției de energie, dacă sunt stocate necorespunzător, pot afecta descendenții noștri timp de zeci de mii de ani.
După accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl, tot mai mulți oameni consideră producția de energie nucleară ca fiind foarte periculoasă pentru umanitate. Singura centrală sigură de acest fel este Soarele cu uriașa sa energie nucleară. Oamenii de știință dezvoltă tot felul de modele de celule solare și, probabil, în viitorul apropiat, omenirea va fi capabilă să-și asigure energie atomică sigură.
