Struktura atomu. Energetické úrovně atomu. Protony, neutrony, elektrony

Jméno "atom" je z řečtiny přeloženo jako "nedělitelné". Všude kolem nás - pevné látky, kapaliny a vzduch - jsou postaveny z miliard těchto částic.

Vzhled verze o atomu

Poprvé se atomy staly známými v 5. století před naším letopočtem, kdy řecký filozof Democritus naznačil, že záležitost se skládá z pohyblivých drobných částic. Ale pak nebyl způsob, jak zkontrolovat verzi jejich existence. A ačkoli tyto částice nikdo neviděl, myšlenka byla diskutována, protože pouze vědci mohli vysvětlit procesy probíhající v reálném světě. Proto věřili v existenci mikročástic dlouho předtím, než dokázali tuto skutečnost dokázat.

Pouze v 19. století. začaly být analyzovány jako nejmenší složky chemických prvků, které mají specifické vlastnosti atomů - schopnost spojovat sloučeniny s ostatními v přísně předepsaném množství. Na počátku XX. Století se věřilo, že atomy jsou minimální částice hmoty, dokud se neprokáže, že se skládají z ještě menších jednotek.

Jaký je chemický prvek?

Atom chemického prvku je mikroskopický stavební materiál. Rozhodujícím faktorem této mikročástice je molekulární hmotnost atomu. Pouze objev periodického zákona Mendelejev zdůvodnil, že jejich druhy představují různé formy jedné věci. Jsou tak malé, že je nelze vidět pomocí konvenčních mikroskopů, ale pouze nejmocnějších elektronických zařízení. Pro srovnání jsou vlasy na ruce člověka milionkrát širší.

Elektronická struktura atomu má jádro sestávající z neutronů a protonů, stejně jako elektronů, které se otáčejí kolem středu v konstantních oběžných dráhách, jako planety kolem hvězd. Všechny jsou upevněny elektromagnetickou silou, jednou ze čtyř hlavních ve vesmíru. Neutrony jsou částice s neutrálním nábojem, protony jsou pozitivní a elektrony jsou negativní. Ty jsou přitahovány kladně nabitými protony, takže mají tendenci zůstat na oběžné dráze.

Struktura atomu

V centrální části je jádro, které vyplňuje minimální část celého atomu. Výzkumy však ukazují, že téměř celá hmota (99,9%) se nachází přesně v ní. Každý atom obsahuje protony, neutrony, elektrony. Počet rotujících elektronů se rovná pozitivnímu centrálnímu náboji. Částice se stejným nábojem jádra Z, ale různá atomová hmotnost A a počet neutronů v jádru N se nazývají izotopy, ale se stejným A a různými Z a N izobary. Elektron je minimální částice hmoty s negativním elektrickým nábojem e = 1,6middot-10-19 přívěšek. Ionový náboj určuje množství ztracených nebo přidaných elektronů. Proces metamorfózy neutrálního atomu do nabitého iontu se nazývá ionizace.

Nová verze atomového modelu

Fyzici objevili k datu mnoho dalších elementárních částic. Elektronická struktura atomu má novou verzi.

Předpokládá se, že protony a neutrony, bez ohledu na to, jak malé jsou, se skládají z nejmenších částic, nazývaných kvarky. Oni představují nový model pro konstrukci atomu. Jak dříve vědci shromáždili důkazy o existenci předchozího modelu, dnes se pokouší dokázat existenci kvarku.

RTM - zařízení budoucnosti

Moderní vědci mohou vidět atomové částice hmoty na monitoru počítače a také je přesunout na povrch pomocí speciálního nástroje nazvaného skenovací tunelovací mikroskop (RTM).

To je počítačové Nástroj s hrotem, který se pohybuje velmi opatrně v blízkosti povrchu materiálu. Když se špička pohybuje, elektrony se pohybují přes mezera mezi špičkou a povrchem. I když materiál vypadá naprosto hladce, ve skutečnosti je na úrovni atomů nerovnoměrný. Počítač vytváří mapu povrchu látky, vytváří obraz svých částic a vědci tak mohou vidět vlastnosti atomu.

Radioaktivní částice

Negativně nabité ionty cirkulují kolem jádra v dostatečně velké vzdálenosti. Struktura atomu je taková, že celý je skutečně neutrální a nemá žádný elektrický náboj, protože všechny jeho částice (protony, neutrony, elektrony) jsou v rovnováze.

Radioaktivní atom je prvek, který lze snadno rozložit. Jeho centrum se skládá z mnoha protonů a neutronů. Výjimkou je pouze schéma atomu vodíku, který má jeden jediný proton. Jádro je obklopeno mrakem elektronů, je to jejich přitažlivost, která z něj rotuje kolem středu. Protony se vzájemně odpuzují se stejným nábojem.

To není problém pro většinu malých částic, které mají několik. Některé z nich jsou však nestabilní, zejména u velkých, například uranu, který má 92 protonů. Někdy jeho centrum nestává takové zatížení. Jsou nazývány radioaktivní, protože hodí několik částic z jádra. Když se nestabilní jádro zbavilo protonů, zbytek tvoří novou dceru. Může být stabilní v závislosti na počtu protonů v novém jádru a může být dále rozdělena. Tento proces trvá, dokud neexistuje stabilní podřízené jádro.

Vlastnosti atomů

Fyzikálně-chemické vlastnosti atomu se přirozeně liší od jednoho prvku k druhému. Jsou určeny následujícími základními parametry.

Atomová hmotnost. Vzhledem k tomu, že hlavní místo mikročástice je obsazeno protony a neutrony, jejich součet je určen číslem vyjádřeným v jednotkách atomové hmotnosti (amu).

Atomový poloměr. Poloměr závisí na umístění prvku v systému Mendeleyev, chemické vazbě, počtu sousedních atomů a kvantově-mechanickém efektu. Poloměr jádra je sto tisíckrát menší než poloměr samotného prvku. Struktura atomu může ztratit elektrony a přeměnit se na pozitivní ionty nebo přidat elektrony a stát se negativním iontem.

V periodický systém Mendeleev na svém místě zaujme nějaký chemický prvek. V tabulce se velikost atomu zvyšuje při pohybu zhora dolů a snižuje se při přesunu zleva doprava. Následně je nejmenším prvkem helium a největším prvkem je cesium.

Valence. Vnější elektronický obal atomu se nazývá valencí a elektrony v něm jsou vhodně nazývány valenčními elektrony. Jejich počet určuje, jak se atom spojuje se zbytkem chemickou vazbou. Způsob vytváření těchto druhých mikročástic se pokouší vyplnit jejich vnější valenční obaly.

Gravitace, přitažlivost je síla, která udržuje planety na oběžné dráze, kvůli němu padnou předměty uvolněné z rukou do podlahy. Člověk více upozorňuje na gravitaci, ale elektromagnetické působení je mnohokrát silnější. Síla, která přitahuje (nebo odpuzuje) nabité částice v atomu, je 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 krát silnější než gravitace. Ale ve středu jádra je ještě silnější síla schopná držet spolu protony a neutrony.

Reakce v jádrech vytvářejí energii v jaderných reaktorech, kde jsou atomy rozděleny. Čím je tento prvek těžší, tím více atomů je zhotoven z více částic. Pokud přidáme celkový počet protonů a neutronů v prvku, známe jeho hmotnost. Například Uran, nejtěžší prvek dostupný v přírodě, má atomovou hmotnost 235 nebo 238.

Štěpení atomu do úrovní

Energetické úrovně atom je velikost prostoru kolem jádra, kde je elektron v pohybu. Celkově existuje 7 orbitálů odpovídající počtu období v periodické tabulce. Čím vzdálenější je umístění elektronu z jádra, tím výraznější zásoba energie, kterou vlastní. Číslo období označuje číslo atomové orbitály kolem jeho jádra. Například draslík je prvek čtvrtého období, takže má 4 energetických úrovní atomu. Číslo chemického prvku odpovídá jeho náboji a počtu elektronů kolem jádra.

Atom - zdroj energie

Pravděpodobně nejznámější vědecký vzorec objevil německý fyzik Einstein. Ona argumentuje, že hmotnost není nic jiného než forma energie. Na základě této teorie můžete obrátit záležitost do energie a vypočítat podle vzorce, kolik to může být dosaženo. Prvním praktickým výsledkem této transformace byly atomové bomby, které byly poprvé testovány v poušti Los Alamos (USA) a poté explodovaly po japonských městech. A ačkoli se pouze sedmá část výbušniny změnila na energii, destruktivní síla atomové bomby byla strašná.

Aby jádro uvolnilo svou energii, musí se zhroutit. K rozdělení je nutné jednat na neutronu venku. Pak se jádro rozpadne na dvě další, lehčí, a zároveň zajistí obrovské uvolnění energie. Degradace vede k uvolnění dalších neutronů a pokračují v rozdělení dalších jader. Proces se promění v řetězovou reakci, což má za následek obrovské množství energie.

Výhody a nevýhody využití jaderné reakce v naší době

Zničující síla, která se uvolňuje při transformaci hmoty, se lidstvo snaží zkrotit na jaderných elektrárnách. Zde se reakce jaderných zbraní nevyskytuje ve formě výbuchu, ale jako postupný návrat tepla.

Výroba jaderné energie má své klady i zápory. Podle vědců je pro udržení naší civilizace na vysoké úrovni nutné použít tento obrovský zdroj energie. Mělo by se však vzít v úvahu, že ani nejpokročilejší vývoj nemůže zaručit úplnou bezpečnost jaderných elektráren. Kromě toho, získané v procesu výroby energie radioaktivní odpad s nesprávným ukládáním může ovlivnit naše potomky po desítky tisíc let.

Po nehodě v Černobylu stále více lidí považuje výrobu jaderné energie za velmi nebezpečné pro lidstvo. Jedinou bezpečnou elektrárnou tohoto druhu je Slunce s jeho jadernou energií obrovské síly. Vědci vyvíjejí nejrůznější modely solárních článků a možná i v blízké budoucnosti bude moci lidstvo zajistit bezpečnou jadernou energii.