Structura atomului. Nivelurile energetice ale atomului. Protoni, neutroni, electroni

Numele "atom" este tradus din limba greacă ca "indivizibil". În jurul nostru - solide, lichide și aer - sunt construite din miliarde din aceste particule.

Apariția versiunii despre atom

Mai întâi de atomi a devenit cunoscut în secolul V î.Hr., când filozoful grec Democrit sugerat că materia este compusă din particule minuscule în mișcare. Dar apoi nu exista nici o modalitate de a verifica versiunea existentei lor. Și, deși nimeni nu putea vedea aceste particule, ideea a fost discutată, pentru că numai oamenii de știință puteau explica procesele care au avut loc în lumea reală. Prin urmare, ei au crezut în existența microparticulelor cu mult înainte de momentul în care au putut dovedi acest lucru.

Numai în secolul al XIX-lea. analizate deoarece acestea au devenit cele mai mici elemente chimice constituente având proprietăți specifice atomi - capacitatea de a se uni cu alți compuși într-o cantitate strict desemnată. La începutul secolului al XX-lea se credea că atomii sunt particulele minime ale materiei, până când se dovedește că acestea constau din unități chiar mai mici.

Care este elementul chimic al lui?

Atomul unui element chimic este un bloc de construcție microscopic al materiei. Factorul determinant al acestei microparticule este masa moleculară a atomului. Doar descoperirea legii periodice a lui Mendeleev justifică faptul că specia lor reprezintă diferite forme ale unei singure materii. Ele sunt atât de mici încât nu pot fi văzute cu microscoape convenționale, ci doar cu cele mai puternice dispozitive electronice. Pentru comparare, părul de pe mâna omului este de un milion de ori mai larg.

Structura electronică a atomului are un nucleu format din protoni și neutroni și electroni, care se rotește în jurul centrului pe orbite regulate, cum ar fi planete în jurul stelelor lor. Toate acestea sunt fixate de o forță electromagnetică, una dintre cele patru principale din univers. Neutronii sunt particule cu sarcină neutră, protoni pozitivi și electroni negativi. Acestea din urmă sunt atrase de protoni încărcați pozitiv, așa că tind să rămână în orbită.

Structura atomului

În partea centrală există un nucleu care umple partea minimă a întregului atom. Dar cercetările arată că aproape întreaga masă (99,9%) este situată exact în ea. Fiecare atom conține protoni, neutroni, electroni. Numărul de electroni care se rotesc este egal cu încărcarea centrală pozitivă. Particulele cu aceeași sarcină Z nucleu dar diferit de masa atomică A și numărul de neutroni din nucleu sunt numite N izotopi și la aceeași A și diferite Z și N - isobars. Electronul este particula minimă a materiei cu o încărcătură electrică negativă e = 1,6middot-10-19 pendant. Chargeul ionic determină cantitatea de electroni pierduți sau adăugați. Procesul de metamorfoză a unui atom neutru într-un ion încărcat se numește ionizare.

Noua versiune a modelului atomic

Fizicienii au descoperit până în prezent multe alte particule elementare. Structura electronică a atomului are o nouă versiune.

Se crede că protonii și neutronii, indiferent cât de mici sunt, constau din cele mai mici particule, numite cuarci. Ele constituie un nou model pentru construirea unui atom. Pe măsură ce oamenii de știință anteriori au adunat dovezi privind existența modelului anterior, astăzi încercau să demonstreze existența unor cuarci.

RTM - dispozitivul viitorului

Oamenii de stiinta moderni pot vedea pe computer monitoriza particulele atomice de materie, precum și deplasarea acestora pe întreaga suprafață cu ajutorul unui instrument special, care se numește un microscop de scanare de tunel (RTM).

Asta este computerizat O unealtă cu un vârf care se mișcă foarte prudent lângă suprafața materialului. Când vârful se mișcă, electronii se deplasează prin spațiul dintre vârf și suprafață. Deși materialul pare complet neted, de fapt este neuniform la nivelul atomic. Calculatorul face o hartă a suprafeței substanței, creând o imagine a particulelor sale, iar oamenii de știință pot vedea proprietățile atomului.

Particule radioactive

Curenții negativi circulă în jurul nucleului la o distanță suficient de mare. Structura atomică, astfel încât acesta este într-adevăr un neutru și nu are nici o sarcină electrică, deoarece toate particulele (protoni, neutroni, electroni) sunt în echilibru.

Un atom radioactiv este un element care poate fi ușor distrus. Centrul său este format din mai mulți protoni și neutroni. Excepția este doar o diagramă a atomului de hidrogen, care are un singur proton. Nucleul este înconjurat de un nor de electroni, iar atracția lor îl face să se rotească în jurul centrului. Protonii se resping reciproc cu aceeași încărcare.

Aceasta nu este o problemă pentru majoritatea particulelor mici care au mai multe. Dar unele dintre ele sunt instabile, mai ales pentru cele mari, cum ar fi uraniul, care are 92 de protoni. Uneori centrul său nu suportă o astfel de încărcătură. Acestea sunt numite radioactive deoarece aruncă mai multe particule din nucleul lor. După ce nucleul instabil a scăpat de protoni, restul formează o nouă fiică. Acesta poate fi stabil în funcție de numărul de protoni din noul nucleu și poate fi împărțit în continuare. Acest proces durează până când există un kernel copil stabil.

Proprietățile atomilor

Proprietățile fizico-chimice ale unui atom variază în mod natural de la un element la altul. Acestea sunt determinate de următorii parametri de bază.

Masa atomică. Deoarece microparticule locul de bază ocupa protoni și neutroni, atunci suma numărului de clienți potențiali, care este exprimată în unități atomice de masă (uam) Formula: A = Z + N.

Raza atomică. Raza depinde de locația elementului din sistemul Mendeleyev, de legătura chimică, de numărul de atomi învecinați și de efectul mecanic cuantic. Raza nucleului este de o sută de mii de ori mai mică decât raza elementului însuși. Structura unui atom poate pierde electroni și se transformă într-un ion pozitiv sau poate adăuga electroni și devine un ion negativ.

În sistem periodic Mendeleev orice element chimic își ia locul. În tabel, dimensiunea atomului crește atunci când se deplasează de sus în jos și scade atunci când se deplasează de la stânga la dreapta. Ca urmare, cel mai mic element este heliul, iar cel mai mare element este cesiul.

Valence. Coaja electronică exterioară a unui atom se numește valență, iar electronii din el sunt denumiți în mod corespunzător electroni de valență. Numarul lor determina modul in care un atom se imbina cu restul prin legarea chimica. Metoda de creare a ultimelor microparticule încearcă să-și umple cochilia de valență exterioară.

Gravitatea, atracția este o forță care menține planetele pe orbită, din cauza căreia obiectele eliberate de pe mâini cad la pământ. O persoană observă mai mult gravitatea, dar acțiunea electromagnetică este de multe ori mai puternică. Forța care atrage (sau respingă) particulele încărcate într-un atom este de 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 ori mai puternică decât gravitatea în ea. Dar în centrul nucleului există o forță și mai puternică capabilă să țină împreună protoni și neutroni.

Reacțiile în nuclee creează energie în ambele reactoare nucleare, unde atomii sunt împărțiți. Cu cât elementul este mai greu, cu atât mai mulți atomi sunt construiți din mai multe particule. Dacă adăugăm numărul total de protoni și neutroni în element, știm masa. De exemplu, Uranus, cel mai greu element disponibil în natură, are o masă atomică de 235 sau 238.

Fissionul unui atom în nivele

Nivelurile energetice atom este dimensiunea spațiului din jurul nucleului, unde electronul este în mișcare. În total, există 7 orbite corespunzătoare numărului de perioade din tabelul periodic. Cu cât este mai îndepărtată locația electronului din nucleu, cu atât este mai importantă rezerva de energie pe care o deține. Numărul perioadei indică numărul atomice orbitale în jurul valorii de bază. De exemplu, potasiul este un element al perioadei a 4-a, deci are 4 nivelurile de energie ale atomului. Numărul unui element chimic corespunde încărcării sale și numărului de electroni din jurul nucleului.

Atom - sursa 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, puteți transforma materia în energie și puteți calcula cu ajutorul formulei cât poate fi obținută. Primul rezultat practic al acestei transformări au fost bombe atomice, care au fost testate pentru prima dată în deșertul Los Alamos (SUA) și apoi au explodat peste orașele japoneze. Și deși numai a șaptea parte a explozivului a devenit energie, forța distructivă a bombei atomice a fost teribilă.

Pentru ca nucleul să-și elibereze energia, trebuie să se prăbușească. Pentru a o împărți, este necesar să acționăm asupra neutronului din afară. Apoi, nucleul se descompune în alte două, mai ușoare, asigurând o eliberare imensă de energie. Degradarea duce la eliberarea altor neutroni și continuă să împartă alte nuclee. Procesul se transformă într-o reacție în lanț, rezultând o cantitate imensă de energie.

Pro și contra utilizării reacției nucleare în timpul nostru

Forța distructivă care este eliberată în transformarea materiei, omenirea încearcă să îmblânzească la centralele nucleare. Aici reacția nucleară nu are loc sub forma unei explozii, ci ca o revenire treptată a căldurii.

Producția de energie nucleară are argumente pro și contra. Potrivit oamenilor de știință, pentru a ne menține civilizația la un nivel înalt, este necesar să folosim această sursă imensă de energie. Dar ar trebui să se țină seama de faptul că nici cele mai avansate dezvoltări nu pot garanta siguranța completă a centralelor nucleare. În plus, obținut în procesul de producere a energiei deșeuri radioactive cu depozitare necorespunzătoare pot afecta descendenții noștri de zeci de mii de ani.

După accidentul de la Cernobîl, tot mai mulți oameni consideră că producția de energie nucleară este foarte periculoasă pentru omenire. Singura putere electrică de acest gen este Soarele cu energia sa nucleară de putere enormă. Oamenii de știință dezvoltă tot felul de modele de celule solare și, probabil, în viitorul apropiat, omenirea va fi capabilă să ofere energie nucleară sigură.