Един атом е най-малката единица от частици съществуващи като обикновен вещество, е в състояние да се намеси в химическа комбинация. През вековете ограничените знания за атома са били само предмет на предположения и предположения, така че конкретни данни могат да бъдат получени едва много години по-късно. През 18 и 19 век английският учен Джон Далтън предполага съществуването на атоми като изключително малка единица, от която ще се състои цялата материя, и им присвоява маса и ги представя като твърди и неделими сфери.
Какво е атом
Съдържание
Това е минималната единица материя, от която са съставени твърди вещества, течности и газове. Атомите са групирани заедно, като могат да бъдат от един и същи вид или различни, за да образуват молекули, които от своя страна съставляват материята, от която са съставени съществуващите тела. Учените обаче са установили, че само 5% от материята във Вселената се състои от атоми, тъй като тъмната материя (която заема над 20% от Вселената) се състои от неизвестни частици, както и от тъмна енергия (която заема 70%).
Името му идва от латинското atomus, което означава „неделим“, а тези, които са му дали тази терминология, са гръцките философи Демокрит (460-370 г. пр. Н. Е.) И Епикур (341-270 г. пр. Н. Е.).
Тези философи, които без да са експериментирали, в търсенето на отговор на въпроса от какво сме съставени и обяснението на реалността, стигнаха до заключението, че е невъзможно да се разделя материята безкрайно, че трябва да има „върх“, което означава, че щеше да достигне минималната граница от това, от което се състоят всички неща. Те нарекоха този "връх" атом, тъй като тази минимална частица вече не можеше да бъде разделена и Вселената щеше да се състои от това.
Състои се от ядро, където има поне един протон и еднакъв брой неутрони (чието обединение се нарича „нуклон) и поне 99,94% от неговата маса се намира в споменатото ядро. Останалите 0,06% се състоят от електроните, които обикалят около ядрото. Ако броят на електроните и протоните е еднакъв, атомът е електрически неутрален; ако има повече електрони, отколкото протони, зарядът му ще бъде отрицателен и се определя като анион; и ако броят на протоните надвишава електроните, техният заряд ще бъде положителен и се нарича катион.
Размерът му е толкова малък (приблизително десет милиардни от метър), че ако даден обект бъде разделен значителен брой пъти, вече няма да има материал, от който е съставен, но атомите на елементите ще останат такива, в комбинация те са го образували и те са практически невидими. Въпреки това, не всички видове атоми имат една и съща форма и размер, тъй като това ще зависи от няколко фактора.
Елементи на атом
Атомите имат други компоненти, които ги съставят, наречени субатомни частици, които не могат да съществуват независимо, освен ако не са в специални и контролирани условия. Тези частици са: електрони, които имат отрицателен заряд; протони, които са заредени положително; и неутрони, чийто заряд е равен, което ги прави електрически неутрални. Протони и неутрони се намират в ядрото (центъра) на атома, образувайки онова, което е известно като нуклон, а електроните обикалят около ядрото.
Протони
Тази частица се намира в ядрото на атома, образувайки част от нуклоните и нейният заряд е положителен. Те допринасят за около 50% от масата на атома и тяхната маса е еквивалентна на 1836 пъти по-голяма от тази на електрон. Те обаче имат малко по-малка маса от неутроните. Протонът не е елементарна частица, тъй като е съставен от три кварка (което е вид фермион, една от двете съществуващи елементарни частици).
Броят на протоните в атома е определящ за определяне на типа на елемента. Например въглеродният атом има шест протона, докато водородният атом има само един протон.
Електрони
Те са отрицателните частици, които обикалят около ядрото на атома. Масата му е толкова малка, че се счита за еднократна употреба. Обикновено броят на електроните в атома е същият като този на протоните, така че и двата заряда се анулират.
Електроните на различните атоми са свързани чрез кулоновската сила (електростатична) и когато се споделят и обменят от един атом с друг, той причинява химическите връзки. Има електрони, които могат да бъдат свободни, без да са свързани с който и да е атом; а тези, които са свързани с една, могат да имат орбити с различни размери (колкото по-голям е радиусът на орбитата, толкова по-голяма е енергията, съдържаща се в нея).
Електронът е елементарна частица, тъй като е вид фермион (лептони) и не е съставен от друг елемент.
Неутрони
Това е субатомната неутрална частица на атома, тоест има същото количество положителен и отрицателен заряд. Масата му е малко по-висока от тази на протоните, с които той образува ядрото на атома.
Подобно на протоните, неутроните са съставени от три кварка: два низходящи или надолу със заряд -1/3 и един възходящ или нагоре със заряд +2/3, което води до общ заряд нула, което му придава неутралност. Неутронът сам по себе си не може да съществува извън ядрото, тъй като средният му живот извън ядрото е около 15 минути.
Количеството неутрони в атома не определя неговата природа, освен ако не е изотоп.
Изотопи
Те са вид атоми, чийто ядрен състав не е справедлив; тоест има същия брой протони, но различни количества неутрони. В този случай атомите, съставляващи един и същ елемент, ще бъдат различни, диференцирани по броя на неутроните, които съдържат.
Има два вида изотопи:
- Естествени, срещащи се в природата, като водородния атом, който има три (противо, деутерий и тритий); или въглеродния атом, който също има три (въглерод-12, въглерод-13 и въглерод-14; всеки с различни полезности).
- Изкуствени, които се произвеждат в контролирана среда, при които субатомните частици се бомбардират, като са нестабилни и радиоактивни.
Съществуват стабилни изотопи, но тази стабилност е относителна, тъй като, въпреки че те са радиоактивни по същия начин, периодът им на разпадане е дълъг в сравнение със съществуването на планетата.
Как се определят елементите на атома
Един атом ще бъде диференциран или дефиниран от няколко фактора, а именно:
- Количество протони: вариацията в това число може да доведе до различен елемент, тъй като той определя към кой химичен елемент принадлежи.
- Брой неутрони: определя изотопа на елемента.
Силата, с която протоните привличат електроните, е електромагнитна; докато този, който привлича протоните и неутроните, е ядреният, чийто интензитет е по-голям от първия, който отблъсква положително заредените протони един от друг.
Ако броят на протоните в атома е голям, електромагнитната сила, която ги отблъсква, ще стане по-силна от ядрената, има вероятност нуклоните да бъдат изхвърлени от ядрото, което ще доведе до ядрен разпад или това, което е известно още като радиоактивност; за да се получи по-късно ядрена трансмутация, която представлява превръщане на един елемент в друг (алхимия).
Какво е атомен модел
Това е схема, която помага да се определи какво представлява атомът, неговият състав, неговото разпределение и характеристиките, които той представя. От раждането на термина са разработени различни атомни модели, които ни позволиха да разберем по-добре структурирането на материята.
Най-представителните атомни модели са:
Атомният модел на Бор
Датският физик Нилс Бор (1885-1962), след проучвания с неговия професор, химик, а също и физик Ърнест Ръдърфорд, е вдъхновен от модела на последния да изложи своя, като вземе водородния атом като ориентир.
Атомният модел на Бор се състои от един вид планетарна система, в която ядрото е в центъра, а електроните се движат около него като планети, по стабилни и кръгови орбити, където по-големият съхранява повече енергия. Включва абсорбцията и емисията на газове, теорията на Макс Планк за квантуване и фотоелектричния ефект на
Алберт Айнщайн
Електроните могат да прескачат от една орбита на друга: ако преминат от една от по-ниската енергия към друга с по-висока енергия, това ще увеличи кванта енергия за всяка орбита, която достигне; Обратното се случва, когато преминава от по-висока към по-ниска енергия, където тя не само намалява, но и я губи под формата на радиация като светлина (фотон).
Атомният модел на Бор обаче имаше недостатъци, тъй като не беше приложим за други видове атоми.
Атомен модел на Далтън
Джон Далтън (1766-1844), математик и химик, е пионер в публикуването на атомен модел с научна основа, в който той заявява, че атомите са подобни на билярдни топки, т.е.сферични.
Атомният модел на Далтън установява в неговия подход (който той нарича „атомна теория“), че атомите не могат да бъдат разделени. Той също така установява, че атомите на един и същи елемент са с еднакви качества, включително тяхното тегло и маса; че въпреки че могат да се комбинират, те остават неделими с прости връзки; и че те могат да се комбинират в различни пропорции с други видове атоми, за да се създадат различни съединения (обединение на два или повече вида атоми).
Този атомен модел на Далтон е противоречив, тъй като не обяснява наличието на субатомни частици, тъй като присъствието на електрона и протона е неизвестно. Нито можеше да обясни явленията на радиоактивност или тока на електроните (катодни лъчи); освен това не взема предвид изотопите (атоми на един и същ елемент с различна маса).
Ръдърфордски атомен модел
Отгледан от физика и химик Ърнест Ръдърфорд (1871-1937), този модел е аналогия със Слънчевата система. Атомният модел на Ръдърфорд установява, че най-високият процент от масата на атома и неговата положителна част се намират в неговото ядро (център); а отрицателната част или електроните, се въртят около нея по елиптични или кръгови орбити, с вакуум между тях. По този начин той стана първият модел за разделяне на атома на ядро и обвивка.
Физикът провежда експерименти, в които изчислява ъгъла на разсейване на частиците, когато ударят златно фолио, и забелязва, че някои отскачат под несъответстващи ъгли, като стига до заключението, че тяхното ядро трябва да е малко, но с голяма плътност. Благодарение на Ръдърфорд, който е бил ученик на Джей Джей Томсън, се е появила и първата представа за присъствието на неутрони. Друго постижение беше повдигането на въпроси за това как положителните заряди в ядрото могат да останат заедно в толкова малък обем, което по-късно доведе до откриването на едно от основните взаимодействия: силната ядрена сила.
Атомният модел на Ръдърфорд е противоречив, тъй като противоречи на законите на Максуел за електромагнетизма; нито обяснява феномените на енергийното излъчване при прехода на електрон от високо в ниско енергийно състояние.
Атомният модел на Томсън
Той беше изложен от учения и носител на Нобелова награда за физика през 1906 г. Джоузеф Джон Томсън (1856-1940). Атомният модел на Томсън описва атома като положително заредена сферична маса с вкарани в него електрони, като пудинг от стафиди. Броят на електроните в този модел беше достатъчен, за да неутрализира положителния заряд, а разпределението на положителната маса и електроните беше произволно.
Той експериментира с катодни лъчи: във вакуумна тръба преминава токови лъчи с две плочи, създавайки електрическо поле, което ги отклонява. Така той определи, че електричеството е съставено от друга частица; откриване на съществуването на електрони.
Атомният модел на Томсън обаче е кратък, никога не е имал академично признание. Неговото описание на вътрешната структура на атома е неправилно, както и разпределението на зарядите, не отчита съществуването на неутрони и не е известно за протоните. Нито обяснява редовността на Периодичната система на елементите.
Въпреки това, неговите проучвания служат като основа за по-късни открития, тъй като от този модел се знае за съществуването на субатомни частици.
Атомна маса
Представено с буквата А, общата маса на протоните и неутроните, съдържащи се в атома, се нарича атомна маса, без да се вземат предвид електроните, тъй като тяхната маса е толкова малка, че може да бъде изхвърлена.
Изотопите са вариации на атомите на един и същ елемент с еднакъв брой протони, но различен брой неутрони, така че тяхната атомна маса ще бъде различна, дори когато те са много сходни.
Атомно число
Той е представен с буквата Z и се отнася до броя на протоните, съдържащи се в атома, което е същият брой електрони в него. Периодичната таблица на елементите на Менделеев от 1869 г. е подредена от най-малката към най-голямата според атомния номер.
