Atomets struktur. Atomens energiniveauer. Protoner, neutroner, elektroner

Navnet "atom" er oversat fra græsk som "udelelig". Alle omkring os - faste stoffer, væsker og luft - er bygget af milliarder af disse partikler.

Udseendet af versionen om atomet

For første gang om atomer blev det kendt i V århundrede førF.Kr., da den græske filosof Demokrit foreslog, at sagen er sammensat af bittesmå partikler, der bevæger. Men så var der ingen måde at kontrollere versionen af ​​deres eksistens. Og selv om ingen kunne se disse partikler, blev ideen diskuteret, fordi den eneste måde forskerne kunne forklare de processer, der forekommer i den virkelige verden. Derfor er de troede på eksistensen af ​​mikropartikler længe før den tid var i stand til at bevise dette faktum.

Kun i XIX århundrede. de begyndte at blive analyseret som de mindste komponenter af kemiske elementer, der har specifikke egenskaber af atomer-evnen til at forbinde forbindelser med andre i en strengt foreskrevet mængde. I begyndelsen af ​​XX-tallet blev det antaget, at atomer er de minimale partikler af materie, indtil det blev bevist, at de består af endnu mindre enheder.

Hvad er det kemiske element i?

Atomen i det kemiske element er mikroskopiskbygge mursten af ​​materie. Den afgørende faktor for denne mikropartikel er atomets molekylvægt. Kun opdagelsen af ​​Mendeleevs periodiske lov berettigede, at deres art repræsenterer forskellige former for et enkelt stof. De er så små, at de ikke kan ses ved hjælp af konventionelle mikroskoper, kun de mest kraftfulde elektroniske enheder. Til sammenligning er håret på mandens hånd en million gange bredere.

Den elektroniske struktur af et atom har en kerne bestående affra neutroner og protoner, såvel som elektroner, der gør omdrejninger rundt i centrum i permanente baner som planeter omkring deres stjerner. Alle er fastgjort af en elektromagnetisk kraft, en af ​​de fire vigtigste i universet. Neutroner er partikler med en neutral ladning, protoner er positive og elektroner - negative. Sidstnævnte tiltrækkes af positivt ladede protoner, så de har tendens til at forblive i kredsløb.

Atomets struktur

I den centrale del er der en kernefyldningden mindste del af hele atomet. Men forskning viser, at næsten hele massen (99,9%) er placeret nøjagtigt i den. Hvert atom indeholder protoner, neutroner, elektroner. Antallet af roterende elektroner i det svarer til den positive centrale ladning. Partikler med samme ladning af kernen Z, men forskellige atommasse A og antallet af neutroner i kernen N hedder isotoper, men med de samme A og forskellige Z og N-isobarer. Elektron er den mindste partikel af materie med en negativ elektrisk ladning e = 1,6 · 10-19 coulomb. Ionladningen bestemmer mængden af ​​tabte eller tilsatte elektroner. Processen med metamorfose af et neutralt atom i en ladet ion kaldes ionisering.

Ny version af atommodellen

Fysikere har indtil videre opdaget mange andre elementære partikler. Den elektroniske struktur af atomet har en ny version.

Det menes at protoner og neutroner, uanset hvordande var ikke små, de består af de mindste partikler, der kaldes kvarker. De udgør en ny model til konstruktion af et atom. Som tidligere videnskabsmænd indsamlede bevis for eksistensen af ​​den tidligere model, så i dag forsøger de at bevise eksistensen af ​​kvarker.

RTM - fremtidens enhed

Moderne forskere kan se på skærmencomputer, atompartikler af materie og også at flytte dem over overfladen ved hjælp af et specielt værktøj kaldet et scanning tunneling mikroskop (RTM).

Dette er edb værktøj med et tip, der er megetbevæger forsigtigt nær overfladen af ​​materialet. Når spidsen bevæger sig, bevæger elektronerne sig gennem spalten mellem spidsen og overfladen. Selvom materialet ser helt glat ud, er det faktisk ujævnt på atomniveau. Computeren laver et kort over stoffets overflade, der skaber et billede af dets partikler, og forskere kan således se atomets egenskaber.

Radioaktive partikler

Negativt ladede ioner cirkulerer rundt om kerneni en tilstrækkelig stor afstand. Atomets struktur er sådan, at hele er virkelig neutral og har ingen elektrisk ladning, fordi alle dens partikler (protoner, neutroner, elektroner) er i balance.

Et radioaktivt atom er et element, der kan værelet at splitte. Dets center består af mange protoner og neutroner. Undtagelsen er kun et diagram over hydrogenatomet, som har en enkelt proton. Kernen er omgivet af en sky af elektroner, det er deres attraktion, der gør det til at dreje rundt om centrum. Protoner afviser hinanden med samme ladning.

Dette er ikke et problem for de fleste små partikler,hvor der er flere. Men nogle af dem er ustabile, især for store størrelser, såsom uran, som har 92 protoner. Sommetider står hans center ikke for en sådan belastning. De kaldes radioaktive, fordi de smider flere partikler fra deres kerne. Efter at den ustabile kerne slap af protonerne, udgør de resterende en ny datter. Det kan være stabilt afhængigt af antallet af protoner i den nye kerne og kan opdeles yderligere. Denne proces varer, indtil der er en stabil barnekerne.

Egenskaber af atomer

De fysisk-kemiske egenskaber af et atom varierer naturligt fra et element til et andet. De bestemmes af følgende grundlæggende parametre.

Atomisk masse. Da mikropartiklens hovedsted optages af protoner og neutroner, bestemmes summen af ​​tallet udtrykt i atommasseenheder (amu). Formel: A = Z + N.

Atomradius. Radien afhænger af placeringen af ​​elementet i Mendeleyev-systemet, den kemiske binding, antallet af nærliggende atomer og den kvantemekaniske virkning. Kernens radius er et hundrede tusind gange mindre end selve elementets radius. Et atoms struktur kan miste elektroner og blive til en positiv ion eller tilføje elektroner og blive en negativ ion.

I Mendeleev periodiske system, enhverdet kemiske element tager sit sted. I bordet øges atomets størrelse, når de flyttes fra top til bund og falder, når de flyttes fra venstre mod højre. Herefter er det mindste element helium, og det største element er cæsium.

Valence. Den ydre elektroniske skal af et atom hedder valens, og elektronerne i det er passende navngivet valenselektroner. Deres antal bestemmer, hvordan et atom kombinerer med resten ved kemisk binding. Metoden til at skabe de sidstnævnte mikropartikler forsøger at udfylde deres ydre valensskaller.

Gravitation, tiltrækning er den kraft, der besidderplaneter i kredsløb, på grund af det falder genstande fra hænderne til gulvet. En person mere varsel gravitation, men den elektromagnetiske handling er mange gange mere magtfulde. Den kraft, der tiltrækker (eller afviser) ladede partikler i et atom er 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 gange kraftigere end tyngdekraften i den. Men i kernens centrum er der en endnu stærkere kraft, der er i stand til at holde protoner og neutroner sammen.

Reaktioner i kerner skaber energi både i atomkraftreaktorer, hvor atomerne er opdelt. Jo tungere elementet, jo flere af dets atomer er bygget af flere partikler. Hvis vi tilføjer det samlede antal protoner og neutroner i elementet, kender vi dens masse. For eksempel har Uranus, det tungeste element, der er tilgængeligt i naturen, en atommasse på 235 eller 238.

Fission af et atom i niveauer

Energiniveauerne i et atom er størrelsenplads omkring kernen, hvor elektronen er i bevægelse. I alt er der 7 orbitaler svarende til antallet af perioder i det periodiske bord. Jo fjernere placeringen af ​​elektronen fra kernen, desto mere betydningsfulde energibesparelse det ejer. Periodens nummer angiver antallet af atomorbitaler omkring dens kerne. For eksempel er kalium et element i 4. periode, og det har derfor 4 energiniveauer af atomet. Antallet af et kemisk element svarer til dets ladning og antallet af elektroner omkring kernen.

Atom - energikilden

Sandsynligvis den mest berømte videnskabelige formelDet blev opdaget af den tyske fysiker Einstein. Hun hævder, at massen ikke er mere end en form for energi. Baseret på denne teori kan du gøre omdømme til energi og beregne med formlen, hvor meget det kan opnås. Det første praktiske resultat af denne transformation var atombomber, som først blev testet i Los Alamos ørkenen (USA) og derefter eksploderet over japanske byer. Og selv om kun den syvende del af eksplosivet blev til energi, var atomvåbenens ødelæggende kraft forfærdelig.

For at kernen skal frigive sin energi, er detskal ødelægges. For at opdele det er det nødvendigt at handle på neutronet udenfor. Derefter bryder kernen op i to andre, lettere dem, samtidig med at der sikres en enorm energiudgivelse. Nedfald fører til frigivelsen af ​​andre neutroner, og de fortsætter med at opdele andre kerner. Processen bliver til en kædereaktion, hvilket resulterer i en enorm mængde energi.

Fordele og ulemper ved at bruge atomreaktion i vores tid

Den ødelæggende kraft, der befries i materiens omdannelse, forsøger mennesket at tæmme på atomkraftværker. Her finder atomreaktionen ikke sted i form af en eksplosion, men som en gradvis tilbagesendelse af varme.

Produktionen af ​​atomenergi har sine fordele ogulemper. Ifølge forskere er det nødvendigt at bruge denne enorme energikilde for at bevare vores civilisation på et højt niveau. Men det skal også tages i betragtning, at selv den mest avancerede udvikling ikke kan garantere den fuldstændige sikkerhed for atomkraftværker. Desuden kan radioaktivt affald, der modtages i processen med energiproduktion i tilfælde af ukorrekt opbevaring, påvirke vores efterkommere i titusinder af år.

Efter Tjernobyl-ulykken, flere og flerefolk overvejer at producere nuklear energi er meget farlig for menneskeheden. Det eneste sikre kraftværk af denne type er solen med atomkraft af enorm magt. Forskere udvikler alle mulige modeller af solceller, og måske i den nærmeste fremtid vil mennesket kunne forsyne sig med sikker atomkraft.