Bármely anyag nagyon kis részecskékből áll, ún atomok . Az atom a kémiai elem legkisebb részecskéje, amely megőrzi minden jellemző tulajdonságát. Egy atom méretének elképzeléséhez elég azt mondani, hogy ha egymáshoz közel helyezkednének el, akkor egymillió atom mindössze 0,1 mm távolságot foglalna el.
Az anyag szerkezetének tudományának további fejlődése megmutatta, hogy az atom is összetett szerkezetű, elektronokból és protonokból áll. Így keletkezett az anyag szerkezetének elektronikus elmélete.
Az ókorban felfedezték, hogy kétféle elektromosság létezik: pozitív és negatív. A testben lévő elektromosság mennyiségét töltésnek nevezték. A test elektromos áramának típusától függően a töltés pozitív vagy negatív lehet.
Kísérletileg azt is megállapították, hogy a hasonló töltések taszítanak, és ellentétben a töltések vonzzák.
Mérlegeljük az atom elektronszerkezete. Az atomok még náluk is kisebb részecskékből állnak, ún elektronok.
MEGHATÁROZÁS:Az elektron az anyag legkisebb részecskéje, amely a legkisebb negatív elektromos töltéssel rendelkezik.
Az elektronok egy vagy több magból álló központi mag körül keringenek protonokÉs neutronok, koncentrikus pályákon. Az elektronok negatív töltésű részecskék, a protonok pozitív töltésűek, a neutronok pedig semlegesek (1.1. ábra).
MEGHATÁROZÁS:A proton az anyag legkisebb részecskéje, amely a legkisebb pozitív elektromos töltéssel rendelkezik.
Az elektronok és protonok létezése kétségtelen. A tudósok nemcsak az elektronok és protonok tömegét, töltését és méretét határozták meg, hanem különféle villamos- és rádiótechnikai eszközökben is munkára késztették őket.
Azt is megállapították, hogy az elektron tömege függ mozgásának sebességétől, és az elektron nem csak előrehalad a térben, hanem forog is a tengelye körül.
A legegyszerűbb szerkezetű a hidrogénatom (1.1. ábra). Protonmagból és az atommag körül nagy sebességgel forgó elektronból áll, amely az atom külső héját (pályáját) alkotja. Az összetettebb atomoknak több héjuk van, amelyeken keresztül az elektronok forognak.
Ezeket a héjakat egymás után az atommagból származó elektronokkal töltik meg (1.2. ábra).
Most nézzük meg . A legkülső héj ún vegyérték, és a benne foglalt elektronok számát ún vegyérték. Minél távolabb a magtól vegyértékhéj, ezért az egyes vegyértékelektronok minél kisebb vonzási erőt tapasztalnak az atommagból. Így az atom növeli a képességét, hogy elektronokat tud magához kötni abban az esetben, ha a vegyértékhéj nincs kitöltve és távol helyezkedik el az atommagtól, vagy elveszíti azokat.
A külső héj elektronjai energiát tudnak fogadni. Ha a vegyértékhéjban elhelyezkedő elektronok külső erőktől megkapják a szükséges energiaszintet, elszakadhatnak tőle és elhagyhatják az atomot, azaz szabad elektronokká válhatnak. A szabad elektronok véletlenszerűen mozoghatnak egyik atomról atomra. Azokat az anyagokat, amelyek nagyszámú szabad elektront tartalmaznak, ún karmesterek
.
Szigetelők
, a karmesterek ellentéte. Megakadályozzák az elektromos áram áramlását. A szigetelők stabilak, mert egyes atomok vegyértékelektronjai kitöltik más atomok vegyértékhéját, és csatlakoznak hozzájuk. Ez megakadályozza a szabad elektronok képződését.
Foglaljon el egy közbenső helyet a szigetelők és a vezetők között félvezetők
, de róluk majd később
Mérlegeljük az atom tulajdonságai. Az azonos számú elektronnal és protonnal rendelkező atom elektromosan semleges. Az egy vagy több elektront nyerő atom negatív töltésűvé válik, és negatív ionnak nevezik. Ha egy atom egy vagy több elektront veszít, pozitív ionná válik, azaz pozitív töltésűvé válik.
Az atom az anyag legkisebb részecskéje. Vizsgálata az ókori Görögországban kezdődött, amikor az atom szerkezete nemcsak a tudósok, hanem a filozófusok figyelmét is felkeltette. Milyen az atom elektronszerkezete, és milyen alapvető információk ismertek erről a részecskéről?
Atomszerkezet
Már az ókori görög tudósok sejtették a legkisebb kémiai részecskék létezését, amelyek bármilyen tárgyat és szervezetet alkotnak. És ha a XVII-XVIII. A kémikusok biztosak voltak abban, hogy az atom oszthatatlan elemi részecske, majd a 19-20. század fordulóján kísérletileg sikerült bizonyítani, hogy az atom nem oszthatatlan.
Az atom, mint egy mikroszkopikus anyagrészecske, magból és elektronokból áll. Az atommag 10 000-szer kisebb, mint egy atom, de szinte teljes tömege az atommagban összpontosul. Az atommag fő jellemzője, hogy pozitív töltésű, protonokból és neutronokból áll. A protonok pozitív töltésűek, míg a neutronoknak nincs töltésük (semlegesek).
Erős nukleáris kölcsönhatáson keresztül kapcsolódnak egymáshoz. A proton tömege megközelítőleg megegyezik egy neutron tömegével, de 1840-szer nagyobb, mint egy elektron tömege. A protonoknak és a neutronoknak közös neve van a kémiában - nukleonok. Maga az atom elektromosan semleges.
Bármely elem atomja megjelölhető egy elektronikus képlettel és egy elektronikus grafikus képlettel:
Rizs. 1. Az atom elektronikus grafikus képlete.
Az egyetlen kémiai elem a periódusos rendszerből, amelynek atommagja nem tartalmaz neutronokat, a könnyű hidrogén (protium).
Az elektron negatív töltésű részecske. Az elektronhéj az atommag körül mozgó elektronokból áll. Az elektronok az a tulajdonságuk, hogy vonzódnak az atommaghoz, és egymás között a Coulomb-kölcsönhatás befolyásolja őket. Az atommag vonzerejének leküzdéséhez az elektronoknak külső forrásból kell energiát kapniuk. Minél távolabb van az elektron az atommagtól, annál kevesebb energiára van szükség.
Atom modellek
A tudósok hosszú ideig igyekeztek megérteni az atom természetét. Az ókori görög filozófus, Démokritosz már korán jelentős mértékben hozzájárult. Bár most elmélete banálisnak és túl egyszerűnek tűnik számunkra, abban az időben, amikor az elemi részecskékről alkotott elképzelések csak kezdtek felbukkanni, az anyagdarabokról alkotott elméletét teljesen komolyan vették. Démokritosz úgy vélte, hogy bármely anyag tulajdonságai az atomok alakjától, tömegétől és egyéb jellemzőitől függenek. Így például a tűznek éles atomjai vannak - ezért ég a tűz; A víznek sima atomjai vannak, így tud folyni; A szilárd tárgyakban véleménye szerint az atomok durvák voltak.
Démokritosz úgy gondolta, hogy abszolút minden atomokból áll, még az emberi lélek is.
1904-ben J. J. Thomson javasolta az atommodelljét. Az elmélet főbb rendelkezései abból fakadtak, hogy az atomot pozitív töltésű testként ábrázolták, amelynek belsejében negatív töltésű elektronok voltak. Ezt az elméletet később E. Rutherford cáfolta.
Rizs. 2. Thomson atommodellje.
Szintén 1904-ben H. Nagaoka japán fizikus javasolta az atom korai bolygómodelljét a Szaturnusz bolygóval analógia alapján. Ezen elmélet szerint az elektronok gyűrűkben egyesülnek, és egy pozitív töltésű atommag körül forognak. Ez az elmélet tévesnek bizonyult.
1911-ben E. Rutherford egy sor kísérletet végrehajtva arra a következtetésre jutott, hogy az atom szerkezetében hasonló egy bolygórendszerhez. Végül is az elektronok, akárcsak a bolygók, egy nehéz, pozitív töltésű atommag körül keringenek. Ez a leírás azonban ellentmondott a klasszikus elektrodinamikának. Aztán Niels Bohr dán fizikus 1913-ban posztulátumokat vezetett be, amelyek lényege az volt, hogy az elektron bizonyos speciális állapotokban nem bocsát ki energiát. Így Bohr posztulátumai kimutatták, hogy a klasszikus mechanika nem alkalmazható atomokra. A Rutherford által leírt és Bohr által kiegészített bolygómodellt Bohr-Rutherford bolygómodellnek nevezték.
Rizs. 3. Bohr-Rutherford bolygómodell.
Az atom további tanulmányozása egy olyan szakasz létrehozásához vezetett, mint a kvantummechanika, amelynek segítségével sok tudományos tényt megmagyaráztak. A Bohr-Rutherford bolygómodellből kifejlesztett modern elképzelések az atomról. A jelentés értékelése
Átlagos értékelés: 4.4. Összes beérkezett értékelés: 469.
Dokumentumfilm oktatófilmek. "Fizika" sorozat.
Az atom (a görög atomos szóból - oszthatatlan) egy kémiai elem egymagos, kémiailag oszthatatlan részecskéje, egy anyag tulajdonságainak hordozója. Az anyagok atomokból állnak. Maga az atom egy pozitív töltésű atommagból és egy negatív töltésű elektronfelhőből áll. Általában az atom elektromosan semleges. Egy atom méretét teljes mértékben meghatározza az elektronfelhő mérete, mivel az atommag mérete elhanyagolható az elektronfelhő méretéhez képest. Az atommag Z pozitív töltésű protonból (a proton töltése tetszőleges egységekben +1-nek felel meg) és N neutronból áll, amelyek nem hordoznak töltést (a protonokat és a neutronokat nukleonoknak nevezzük). Így az atommag töltését csak a protonok száma határozza meg, és megegyezik az elem sorszámával a periódusos rendszerben. Az atommag pozitív töltését negatív töltésű elektronok kompenzálják (elektrontöltés tetszőleges mértékegységben -1), amelyek elektronfelhőt alkotnak. Az elektronok száma megegyezik a protonok számával. A protonok és neutronok tömege egyenlő (1 és 1 amu).
Az atom tömegét az atommag tömege határozza meg, mivel az elektron tömege körülbelül 1850-szer kisebb, mint a proton és a neutron tömege, és ritkán veszik figyelembe a számításokban. A neutronok számát az atom tömege és a protonok számának különbsége (N=A-Z) határozhatja meg. Egy szigorúan meghatározott számú protonból (Z) és neutronból (N) álló atommagot tartalmazó kémiai elem atomtípusát nuklidnak nevezzük.
Az elektron tulajdonságainak és az elektronszintek kialakulásának szabályainak tanulmányozása előtt érinteni kell az atom szerkezetére vonatkozó elképzelések kialakulásának történetét. Nem vesszük figyelembe az atomszerkezet kialakulásának teljes történetét, hanem csak a legrelevánsabb és leginkább „helyes” ötletekre összpontosítunk, amelyek a legvilágosabban megmutatják, hogyan helyezkednek el az elektronok az atomban. Az atomok, mint az anyag elemi összetevőinek jelenlétét először az ókori görög filozófusok javasolták. Ezt követően az atom szerkezetének története összetett utat járt be, és különböző elképzeléseken ment keresztül, mint például az atom oszthatatlansága, az atom Thomson-modellje és mások. Az atom legközelebbi modelljét Ernest Rutherford javasolta 1911-ben. Az atomot a Naprendszerhez hasonlította, ahol az atommag úgy működött, mint a nap, és az elektronok bolygókként mozogtak körülötte. Az elektronok álló pályára helyezése nagyon fontos lépés volt az atom szerkezetének megértésében. Az atom szerkezetének ilyen bolygómodellje azonban ellentétben állt a klasszikus mechanikával. A helyzet az, hogy amikor egy elektron a pályáján mozog, akkor potenciális energiát kell veszítenie, és végül „leesik” az atommagra, és az atomnak meg kell szűnnie. Ezt a paradoxont Niels Bohr posztulátumok bevezetésével küszöbölte ki. E posztulátumok szerint az elektron stacioner pályákon mozgott az atommag körül, és normál körülmények között nem vett fel és nem bocsát ki energiát. A posztulátumok azt mutatják, hogy a klasszikus mechanika törvényei nem alkalmasak az atom leírására. Az atomnak ezt a modelljét Bohr-Rutherford modellnek nevezik. Az atom bolygószerkezetének folytatása az atom kvantummechanikai modellje, amely szerint az elektront fogjuk figyelembe venni.
Az elektron egy kvázirészecske, amely hullám-részecske kettősséget mutat. Részecske (testtest) és hullám is egyben. A részecske tulajdonságai közé tartozik az elektron tömege és töltése, a hullámtulajdonságok pedig a diffrakciós és interferenciaképességet. Az elektron hullám- és korpuszkuláris tulajdonságai közötti összefüggés a de Broglie-egyenletben tükröződik.
Az atom az anyag legkisebb részecskéje, amely magból és elektronokból áll. Az atomok elektronikus héjának szerkezetét az elem helyzete határozza meg a kémiai elemek periódusos rendszerében, D. I. Mengyelejev.
Az atom elektronja és elektronhéja
Az általában semleges atom egy pozitív töltésű magból és egy negatív töltésű elektronhéjból (elektronfelhőből) áll, ahol a pozitív és negatív töltések összértéke abszolút értékben egyenlő. A relatív atomtömeg kiszámításakor az elektronok tömegét nem veszik figyelembe, mivel ez elhanyagolható és 1840-szer kisebb, mint egy proton vagy neutron tömege.
Rizs. 1. Atom.
Az elektron egy teljesen egyedi részecske, amelynek kettős természete van: hullám és részecske tulajdonságai is vannak. Folyamatosan mozognak a mag körül.
Az atommag körüli teret, ahol a legvalószínűbb az elektron megtalálásának valószínűsége, elektronpályának vagy elektronfelhőnek nevezzük. Ennek a térnek sajátos alakja van, amelyet s-, p-, d- és f- betűk jelölnek. Az S-elektron pálya gömb alakú, a p-pálya súlyzó vagy háromdimenziós nyolcas alakú, a d- és f-pálya alakja sokkal összetettebb.
Rizs. 2. Elektronpályák alakjai.
Az atommag körül az elektronok elektronrétegekbe rendeződnek. Mindegyik réteget az atommagtól való távolsága és energiája jellemzi, ezért az elektronikus rétegeket gyakran elektronikus energiaszinteknek nevezik. Minél közelebb van a szint az atommaghoz, annál kisebb a benne lévő elektronok energiája. Az egyik elem különbözik a másiktól az atommagban lévő protonok számában és ennek megfelelően az elektronok számában. Következésképpen a semleges atom elektronhéjában lévő elektronok száma megegyezik az atommagban található protonok számával. Minden következő elemnek egy protonja van a magjában, és egy további elektron az elektronhéjában.
Az újonnan belépő elektron a legalacsonyabb energiájú pályát foglalja el. A szintenkénti elektronok maximális számát azonban a következő képlet határozza meg:
ahol N az elektronok maximális száma, n pedig az energiaszint száma.
Az első szinten csak 2 elektron lehet, a másodikon 8, a harmadikon 18 elektron, a negyedik szinten pedig 32 elektron. Egy atom külső szintje nem tartalmazhat 8 elektronnál többet: amint az elektronok száma eléri a 8-at, a következő, az atommagtól távolabbi szint elkezd kitölteni.
Az atomok elektronikus héjának felépítése
Minden elem egy bizonyos periódusban áll. A periódus az elemeknek az atommagok növekvő töltési sorrendjében elrendezett vízszintes gyűjteménye, amely alkálifémmel kezdődik és inert gázzal végződik. A táblázat első három periódusa kicsi, a következő, a negyedik periódustól kezdődően pedig nagy, két sorból áll. Annak az időszaknak a száma, amelyben az elem található, fizikai jelentéssel bír. Azt jelenti, hogy egy adott periódus bármely elemének atomjában hány elektronikus energiaszint van. Így a klór Cl elem a 3. periódusban van, azaz elektronhéjának három elektronrétege van. A klór a táblázat VII. csoportjában és a fő alcsoportban található. A fő alcsoport az egyes csoportokon belüli oszlop, amely az 1. vagy 2. periódussal kezdődik.
Így a klóratom elektronhéjainak állapota a következő: a klórelem rendszáma 17, ami azt jelenti, hogy az atom atommagjában 17 proton, az elektronhéjban 17 elektron található. Az 1. szinten csak 2 elektron lehet, a 3. szinten - 7 elektron, mivel a klór a VII. csoport fő alcsoportjába tartozik. Ekkor a 2. szinten van: 17-2-7 = 8 elektron.
A világon minden atomokból áll. De honnan jöttek, és miből készültek? Ma ezekre az egyszerű és alapvető kérdésekre válaszolunk. Hiszen a bolygón élők közül sokan azt mondják, hogy nem értik azoknak az atomoknak a szerkezetét, amelyekből ők maguk állnak.
Természetesen a kedves olvasó megérti, hogy ebben a cikkben mindent a legegyszerűbb és legérdekesebb szinten próbálunk bemutatni, így nem „töltjük meg” tudományos kifejezésekkel. Azoknak, akik professzionális szinten szeretnék tanulmányozni a kérdést, javasoljuk, hogy olvassanak szakirodalmat. Mindazonáltal a cikkben található információk jól használhatók tanulmányai során, és egyszerűen műveltebbé tehetik Önt.
Az atom egy anyag mikroszkopikus méretű és tömegű részecskéje, a kémiai elem legkisebb része, amely tulajdonságainak hordozója. Más szóval, ez az anyag legkisebb részecskéje, amely kémiai reakciókba léphet.
A felfedezés története és szerkezete
Az atom fogalmát már az ókori Görögországban ismerték. Az atomizmus egy fizikai elmélet, amely azt állítja, hogy minden anyagi tárgy oszthatatlan részecskékből áll. Az ókori Görögországgal párhuzamosan az atomizmus gondolata is fejlődött az ókori Indiában.
Nem tudni, hogy az idegenek beszéltek-e az akkori filozófusoknak az atomokról, vagy ők maguk találták ki, de a kémikusok kísérletileg megerősítették ezt az elméletet jóval később - csak a XVII. században, amikor Európa kiemelkedett a világ mélyéből. az inkvizíció és a középkor.
Az atom szerkezetének domináns elképzelése sokáig az volt, hogy oszthatatlan részecske. Az, hogy az atom még mindig osztható, csak a huszadik század elején vált világossá. Rutherford az alfa-részecskék eltérítésével végzett híres kísérletének köszönhetően megtanulta, hogy az atom egy magból áll, amely körül elektronok keringenek. Elfogadták az atom bolygómodelljét, amely szerint az elektronok úgy keringenek az atommag körül, mint Naprendszerünk bolygói egy csillag körül.
Az atom szerkezetére vonatkozó modern elképzelések messzire fejlődtek. Az atommag viszont szubatomi részecskékből vagy nukleonokból - protonokból és neutronokból - áll. A nukleonok alkotják az atom nagy részét. Ezenkívül a protonok és a neutronok szintén nem oszthatatlan részecskék, és alapvető részecskékből - kvarkokból - állnak.
Az atommag pozitív elektromos töltésű, a pályán forgó elektronok pedig negatív. Így az atom elektromosan semleges.
Az alábbiakban a szénatom szerkezetének elemi diagramját adjuk meg.
Az atomok tulajdonságai
Súly
Az atomok tömegét általában atomtömeg-egységekben mérik - a.m.u. Az atomtömeg-egység az alapállapotában szabadon nyugvó szénatom 1/12-ének tömege.
A kémiában ezt a fogalmat az atomok tömegének mérésére használják "moly". 1 mol az Avogadro számával megegyező számú atomot tartalmazó anyag mennyisége.
Méret
Az atomok mérete rendkívül kicsi. Tehát a legkisebb atom a hélium atom, sugara 32 pikométer. A legnagyobb atom a céziumatom, amelynek sugara 225 pikométer. A pico előtag tízet jelent a mínusz tizenkettedik hatványig! Vagyis ha 32 métert ezermilliárdszor csökkentünk, akkor a héliumatom sugarának nagyságát kapjuk.
Ugyanakkor a dolgok léptéke olyan, hogy valójában az atom 99%-ban üres. Az atommag és az elektronok térfogatának rendkívül kis részét foglalják el. Az érthetőség kedvéért vegye figyelembe ezt a példát. Ha elképzel egy atomot a pekingi olimpiai stadion formájában (vagy talán nem Pekingben, csak képzeljen el egy nagy stadiont), akkor ennek az atomnak a magja egy cseresznye lesz, amely a mező közepén helyezkedik el. Az elektronpályák valahol a felső lelátók szintjén lennének, a cseresznye pedig 30 millió tonnát nyomna. Lenyűgöző, nem?
Honnan származnak az atomok?
Mint tudják, a periódusos rendszerben mostanra különböző atomok vannak csoportosítva. 118 (és ha előrejelzett, de még fel nem fedezett elemekkel - 126) elemet tartalmaz, az izotópokat nem számítva. De ez nem volt mindig így.
Az Univerzum kialakulásának legelején még nem voltak atomok, és még inkább csak elemi részecskék voltak, amelyek óriási hőmérséklet hatására kölcsönhatásba léptek egymással. Ahogy egy költő mondaná, ez a részecskék igazi apoteózisa volt. Az Univerzum létezésének első három percében a hőmérséklet csökkenése és egy csomó tényező egybeesése következtében megindult az elsődleges nukleoszintézis folyamata, amikor az elemi részecskékből megjelentek az első elemek: hidrogén, hélium, lítium és deutérium (nehézhidrogén). Ezekből az elemekből jöttek létre az első csillagok, amelyek mélyén termonukleáris reakciók zajlottak, amelyek eredményeként a hidrogén és a hélium „égett”, nehezebb elemeket képezve. Ha a csillag elég nagy volt, akkor egy úgynevezett szupernóva-robbanással vetett véget életének, aminek következtében atomok kerültek a környező térbe. Így alakult az egész periódusos rendszer.
Tehát elmondhatjuk, hogy az összes atom, amelyből állunk, egykor ősi csillagok része volt.
Miért nem bomlik le az atommag?
A fizikában négyféle alapvető kölcsönhatás létezik a részecskék és az általuk alkotott testek között. Ezek erős, gyenge, elektromágneses és gravitációs kölcsönhatások.
Az atommagok skáláján megnyilvánuló, a nukleonok közötti vonzásért felelős erős kölcsönhatásnak köszönhető, hogy az atom olyan „kemény dió”.
Nem is olyan régen az emberek rájöttek, hogy amikor az atommagok kettéválnak, hatalmas energia szabadul fel. A nehéz atommagok hasadása az atomreaktorok és az atomfegyverek energiaforrása.
Szóval, barátaim, miután bemutattuk az atom felépítését és felépítésének alapjait, csak emlékeztetni tudjuk, hogy bármikor készen állunk a segítségére lenni. Nem számít, hogy magfizikai diplomát vagy a legkisebb tesztet kell teljesítenie - a helyzetek különbözőek, de minden helyzetből van kiút. Gondoljon az Univerzum méretére, rendeljen munkát Zaochniktól, és ne feledje – nincs ok az aggodalomra.
