Charakteristická veľkosť atómu je. Atóm - „Encyklopédia

Väčšina z nás študovala tému atóm v škole, na hodinách fyziky. Ak ste ešte zabudli, z čoho sa atóm skladá, alebo práve začínate študovať túto tému, tento článok je práve pre vás.

Čo je atóm

Aby ste pochopili, z čoho sa atóm skladá, musíte najprv pochopiť, čo to je. Všeobecne uznávaná téza v školské osnovy vo fyzike platí, že atóm je najmenšia častica zo všetkých chemický prvok. Atómy sú teda vo všetkom, čo nás obklopuje. Či už ide o živý alebo neživý objekt, v nižších fyziologických a chemických vrstvách sa skladá z atómov.

Atómy sú súčasťou molekuly. Napriek tomuto presvedčeniu existujú prvky, ktoré sú menšie ako atómy, napríklad kvarky. O téme kvarkov sa v školách ani na univerzitách (okrem špeciálnych prípadov) nehovorí. Quark je chemický prvok, ktorý nemá vnútorná štruktúra, t.j. jeho štruktúra je oveľa ľahšia ako atóm. V súčasnosti veda pozná 6 typov kvarkov.

Z čoho pozostáva atóm?

Všetky predmety okolo nás, ako už bolo povedané, z niečoho pozostávajú. V miestnosti je stôl a dve stoličky. Každý kus nábytku je zasa vyrobený z nejakého materiálu. V tomto prípade z dreva. Strom je vyrobený z molekúl a tieto molekuly sú vyrobené z atómov. A takýchto príkladov možno uviesť nekonečne veľa. Z čoho sa však skladá samotný atóm?

Atóm pozostáva z jadra obsahujúceho protóny a neutróny. Protóny sú kladne nabité častice. Neutróny, ako už z názvu vyplýva, sú nabité neutrálne, t.j. nemajú žiadny poplatok. Okolo jadra atómu je pole (elektrický oblak), v ktorom sa pohybujú elektróny (záporne nabité častice). Počet elektrónov a protónov sa môže navzájom líšiť. Práve tento rozdiel je kľúčový v chémii, keď sa skúma otázka príslušnosti k látke.

Atóm, ktorého počet vyššie uvedených častíc sa líši, sa nazýva ión. Ako ste možno uhádli, ión môže byť negatívny alebo pozitívny. Je negatívny, ak počet elektrónov prevyšuje počet protónov. A naopak, ak je protónov viac, ión bude pozitívny.

Atóm podľa predstáv starých mysliteľov a vedcov

Existuje niekoľko veľmi zaujímavých predpokladov o atóme. Nižšie je uvedený zoznam:

• Demokritova hypotéza. Demokritos predpokladal, že vlastnosti látky závisia od tvaru jej atómu. Ak má teda niečo vlastnosť kvapaliny, je to spôsobené práve tým, že atómy, z ktorých táto kvapalina pozostáva, sú hladké. Na základe logiky Demokrita sú atómy vody a napríklad mlieka podobné.
• Planetárne predpoklady. V 20. storočí niektorí vedci navrhli, že atóm je zdanie planét. Jeden z týchto predpokladov bol nasledovný: podobne ako planéta Saturn, aj atóm má okolo jadra prstence, cez ktoré sa pohybujú elektróny (jadro je prirovnávané k samotnej planéte a elektrický oblak je prirovnávaný k prstencom Saturnu). Napriek objektívnej podobnosti s overenou teóriou bola táto verzia vyvrátená. Podobný bol aj Bohr-Rutherfordov predpoklad, ktorý bol neskôr tiež vyvrátený.

Napriek tomu možno s istotou povedať, že Rutherford urobil veľký skok vpred v porozumení skutočná podstata atóm. Mal pravdu, keď povedal, že atóm je podobný jadru, ktoré je samo o sebe kladné a atómy sa okolo neho pohybujú. Jedinou chybou v jeho modeli je, že elektróny, ktoré sú okolo atómu, sa nepohybujú žiadnym konkrétnym smerom. Ich pohyb je chaotický. To bolo dokázané a vstúpilo do vedy pod názvom kvantovo-mechanický model.

Vezmite si akýkoľvek predmet, dobre, aspoň lyžicu. Položte ho - pokojne leží, nehýbe sa. Dotkni sa toho - studený, nehybný kov.

Ale v skutočnosti lyžica, rovnako ako všetko okolo nás, pozostáva z malých častíc - atómov, medzi nimi ktoré sú veľké medzery. Častice sa neustále kývajú a kmitajú.

Prečo je lyžica tvrdá, ak sú atómy v nej voľne usporiadané a neustále sa pohybujú? Faktom je, že sú navzájom pevne zviazaní špeciálnymi silami. A medzery medzi nimi, hoci sú oveľa väčšie ako samotné atómy, sú stále zanedbateľné a nemôžeme si ich všimnúť.

Atómy sú rôzne - v prírode existuje 92 typov atómov. Všetko na svete je z nich postavené, rovnako ako z 32 písmen - všetkých slov ruského jazyka. Vedci vytvorili ďalších 12 typov atómov umelo vo vlastných.

Ľudia vedeli o existencii atómov už dlho. Pred viac ako dvetisíc rokmi v r staroveké GréckoŽil veľký vedec Demokritos, ktorý veril, že celý svet pozostáva z malých častíc. Nazval ich „atomos“, čo v gréčtine znamená „nedeliteľné“.

Vedcom trvalo dlho, kým dokázali, že atómy skutočne existujú. Stalo sa tak koncom minulého storočia. A potom sa ukázalo, že ich samotný názov bol omyl. Nie sú nedeliteľné: atóm pozostáva z ešte menších častíc. Vedci ich nazývajú elementárne častice.

Tu je umelec, ktorý kreslí atóm. V strede je jadro, okolo ktorého sa ako planéty okolo Slnka pohybujú drobné guľôčky - . Jadro tiež nie je pevné. Pozostáva z jadrových častíc – protónov a neutrónov.

To sme si mysleli len nedávno. Potom sa však ukázalo, že atómové častice nie sú ako gule. Ukázalo sa, že atóm je štruktúrovaný zvláštnym spôsobom. Ak sa pokúsite predstaviť si, ako častice vyzerajú, môžete povedať, že elektrón je ako oblak. Takéto oblaky obklopujú jadro vo vrstvách. A jadrové častice sú tiež akési mraky.

Rôzne typy atómov majú rôzny počet elektrónov, protónov a neutrónov. Od toho závisia vlastnosti atómov.

Je ľahké rozdeliť atóm. Elektróny sa ľahko oddeľujú od jadier a vedú nezávislý život. Napríklad, elektriny v drôte je pohyb takýchto nezávislých elektrónov.

Ale jadro je mimoriadne silné. Protóny a neutróny v ňom sú pevne spojené špeciálnymi silami. Preto je veľmi ťažké zlomiť jadro. Ale ľudia sa to naučili a dostali to. Naučili sme sa meniť počet častíc v jadre a tým transformovať niektoré atómy na iné a dokonca vytvárať nové atómy.

Štúdium atómu je ťažké: vedci vyžadujú mimoriadnu vynaliezavosť a vynaliezavosť. Koniec koncov, dokonca aj jeho veľkosť je ťažké si predstaviť: v mikróbe neviditeľnom pre oči sú miliardy atómov, viac ako je ľudí na Zemi. A predsa vedci dosahujú svoj cieľ, dokázali zmerať a porovnať hmotnosti všetkých atómov a častíc, z ktorých sa atóm skladá, zistili, že protón alebo neutrón je takmer dvetisíckrát hmotnejší ako elektrón, zistili a pokračovať v objavovaní mnohých ďalších atómových tajomstiev.

ATOM, najmenšia častica hmoty, do ktorej môže vstúpiť chemické reakcie. Každá látka má jedinečný súbor atómov. Kedysi sa verilo, že atóm je nedeliteľný, pozostáva však z kladne nabitého JADRA, okolo ktorého rotujú záporne nabité elektróny. Jadro (ktorého prítomnosť založil v roku 1911 Ernst RUTHERFORD) pozostáva z husto zbalených protónov a neutrónov. Zaberá len malú časť priestoru vo vnútri atómu, predstavuje však takmer celú hmotnosť atómu. V roku 1913 Niels BOR navrhol, aby sa elektróny pohybovali po pevných dráhach. Odvtedy výskum KVANTOVEJ MECHANIKY viedol k novému chápaniu obežných dráh: podľa Heisenbergovho PRINCÍPU NEJISTOTY nie je možné súčasne poznať presnú polohu a hybnosť subatomárnej častice. Určuje počet elektrónov v atóme a ich usporiadanie Chemické vlastnosti element. Keď sa pridá alebo odoberie jeden alebo viac elektrónov, vytvorí sa ión.

Hmotnosť atómu závisí od veľkosti jadra. Predstavuje najväčšiu časť hmotnosti atómu, pretože elektróny nevážia nič. Napríklad atóm uránu je najťažší atóm v prírode, má 146 neutrónov, 92 protónov a 92 elektrónov. Na druhej strane, najľahší atóm je atóm vodíka, ktorý má 1 protón a elektrón. Avšak atóm uránu, hoci je 230-krát ťažší ako atóm vodíka, je len trikrát väčší. Hmotnosť atómu sa vyjadruje v jednotkách atómovej hmotnosti a označuje sa ako u. Atómy sa skladajú z ešte menších častíc nazývaných subatomárne (elementárne) častice. Hlavné sú protóny (kladne nabité), neutróny (elektricky neutrálne) a elektróny (záporne nabité).Zhluky elektrónov a neutrónov tvoria jadro v strede všetkých atómov (okrem vodíka, ktorý má len jeden protón).„Elektróny“ točiť sa! jadrá v určitej vzdialenosti od neho, úmerne rozmerom atómu. |(Ak by napríklad jadro atómu hélia malo veľkosť tenisovej loptičky, potom by boli elektróny od neho vo vzdialenosti 6 km. Je ich 112 rôzne druhy V periodickej tabuľke je toľko atómov, koľko je prvkov. Atómy prvkov sa líšia atómovým číslom a atómovou hmotnosťou. ATÓMOVÉ JADRO Hmotnosť atómu je spôsobená hlavne relatívne hustým jadrom. I (rotóny a neutróny majú hmotnosť približne 1K4()-krát väčšiu ako elektróny. Keďže progóny sú kladne nabité a neutróny sú neutrálne, jadro atómu je vždy kladne nabité. Keďže opačné náboje sa navzájom priťahujú, jadro obsahuje elektróny. orbity. Progóny a neutróny pozostávajú z ešte menších častíc shsmpair, kvarkov. ELEKTRONY Sigh1"yu > k-k v pozadí v atóme určuje jeho chemická gnonstia H oshichis z planét Slnečnej sústavy, nemropy sa točia okolo jadra náhodne, oiMiiMi ani v pevnej vzdialenosti od jadra, obra-IVH „asi Syulochka". Čím viac energie má elektrón. li" M ďalej sa môže vzdialiť a prekonať príťažlivosť kladne nabitého jadra. V neutrálnom atóme kladný náboj elektrónov vyrovnáva kladný náboj protónov v jadre. Preto odstránenie alebo pridanie jedného elektrónu v agome vedie k objaveniu sa nabitého iónu. Elektrónové obaly sú umiestnené v pevných vzdialenostiach od jadra v závislosti od ich energetickej hladiny. Každá škrupina je očíslovaná od jadra. V agome nie je viac ako sedem škrupín a každá z nich môže obsahovať iba určitý počet elektrónov. Ak je k dispozícii dostatočné množstvo energie môže elektrón preskočiť z jedného obalu do druhého, vyššieho. Keď opäť narazí na spodnú škrupinu, vyžaruje žiarenie vo forme fotónu. Elektrón patrí do triedy častíc nazývaných leptóny a jeho antičastica sa nazýva pozitrón.

JADROVÁ REŤAZOVÁ REAKCIA. Pri jadrovom výbuchu, ako je jadrový výbuch, neutrón zasiahne jadro uránu 23b (t. j. jadro s celkovým počtom protónov a neutrónov rovným? 35). Pri pohltení neutrónu vzniká urán 236. Je veľmi nestabilný a rozdelí sa na dve menšie jadrá, čím sa uvoľní obrovské množstvo energie a niekoľko neutrónov.Každý z týchto neutrónov môže naopak naraziť na iné jadro uránu.Ak vznikne v r. týmto spôsobom nazývaným kritické podmienky (množstvo uránu-235 presahuje kritickú hmotnosť), potom bude počet zrážok neutrónov dostatočný na to, aby sa reakcia rozvinula rýchlosťou blesku, t.j. deje sa reťazová reakcia. V jadrovom reaktore sa teplo uvoľnené počas procesu využíva na ohrev pary, ktorá poháňa turbínový generátor, ktorý vyrába elektrinu.

Vedecko-technický encyklopedický slovník.

Pozrite sa, čo je „ATOM“ v iných slovníkoch:

atóm- atóm a... ruský pravopisný slovník

- (grécky atomos, zo zápornej časti. a tome, oddelenie tomos, segment). Nekonečne malá nedeliteľná častica, ktorej súhrn tvorí akýkoľvek fyzické telo. Slovník cudzie slová, zahrnuté v ruskom jazyku. Chudinov A.N., 1910. ATOM grécky ... Slovník cudzích slov ruského jazyka

atóm- m. atóm m. 1. Najmenšia nedeliteľná častica hmoty. Atómy nemôžu byť večné. Cantemir O prírode. Ampere verí, že každá nedeliteľná častica hmoty (atóm) obsahuje integrálne množstvo elektriny. OZ 1848 56 8 240. Nech je... ... Historický slovník galicizmov ruského jazyka

- (z gréckeho atomos - nedeliteľný) najmenšie čiastočky hmoty, z ktorých sa skladá všetko, čo existuje, vrátane duše, tvorené z najjemnejších atómov (Leucippus, Demokritos, Epikuros). Atómy sú večné, nevznikajú ani nezanikajú, sú neustále... ... Filozofická encyklopédia

Atom- Atóm ♦ Atóm Etymologicky je atóm nedeliteľnou časticou alebo časticou, ktorá je predmetom iba špekulatívneho delenia; nedeliteľný prvok (atóm) hmoty. Demokritos a Epikuros chápu atóm v tomto zmysle. Moderní vedci si dobre uvedomujú, že toto... ... Sponvillov filozofický slovník

- (z gréckeho atomos nedeliteľný) najmenšia častica chemického prvku, ktorá si zachováva svoje vlastnosti. V strede atómu je kladne nabité jadro, v ktorom je sústredená takmer celá hmotnosť atómu; elektróny sa pohybujú a vytvárajú elektrón... Veľký encyklopedický slovník

Muž, grécky nedeliteľné; látka v krajných hraniciach svojej deliteľnosti, neviditeľné zrnko prachu, z ktorého sa údajne skladajú všetky telesá, každá látka, akoby zo zrniek piesku. | Nezmerné, nekonečne malé zrnko prachu, zanedbateľné množstvo. | Chemici majú svoje slovo... Slovník Dahl

Cm… Slovník synonym

ATOM- (z gréckeho atomos nedeliteľný). Slovo A. sa používa v moderná veda V rôzne významy. Vo väčšine prípadov sa A. nazýva maximálne množstvo chemikálie. prvku, ďalšia fragmentácia prvku vedie k strate individuality prvku, teda k ostrému... ... Veľká lekárska encyklopédia

atóm- atóm Atóm je slovný druh, ktorý je najmenším nositeľom chemických mohutností jedného chemického prvku. Existuje mnoho typov atómov, ako aj chemických prvkov a izotopov. Elektricky neutrálny, zložený z jadier a elektrónov. Atómový polomer...... Girnichyho encyklopedický slovník

knihy

• Atóm vodíka a neeuklidovská geometria, V.A. Fok. Táto kniha bude vyrobená v súlade s vašou objednávkou pomocou technológie Print-on-Demand. Reprodukované v pôvodnom autorskom pravopise z vydania z roku 1935 (vydavateľstvo "Vydavateľstvo...
• Atóm vodíka je najjednoduchší z atómov. Pokračovanie teórie Nielsa Bohra. Časť 5. Frekvencia fotónového žiarenia sa zhoduje s priemernou frekvenciou elektrónového žiarenia v prechode, A. I. Shidlovsky. Bohrova teória atómu vodíka pokračovala („paralelne“ ku kvantovo-mechanickému prístupu) po tradičnej ceste rozvoja fyziky, kde v teórii koexistujú pozorovateľné a nepozorovateľné veličiny. Pre…

Atóm je najmenšia chemicky nedeliteľná časť chemického prvku, ktorá je nositeľom jeho vlastností. Atóm pozostáva z elektrónov a atómového jadra, ktoré sa skladá z nenabitých neutrónov, ako aj z kladne nabitých protónov. Ak je počet elektrónov a protónov rovnaký, potom je atóm elektricky neutrálny. V opačnom prípade má buď záporný alebo kladný náboj, v tomto prípade sa nazýva ión.

Atómy sú klasifikované podľa počtu neutrónov a protónov v jadre: počet neutrónov určuje ich príslušnosť k akémukoľvek izotopu chemického prvku, počet protónov - priamo k tomuto prvku. Atómy odlišné typy v rôznych množstvách, ktoré sú spojené určitými medziatómovými väzbami, tvoria molekuly.

Pojem atóm ako prvý sformulovali starogrécki a staroindickí filozofi. V XVII a XVIII storočia chemikom sa podarilo potvrdiť túto hypotézu, že niektoré látky nie je možné podrobiť následnému rozkladu na menšie prvky pomocou špeciálnych chemické metódy, experimentálne. Ale v koniec XIX a začiatkom 20. storočia fyzici objavili subatomárne častice, po ktorých sa ukázalo, že atóm v skutočnosti nie je „nedeliteľnou časticou“. V roku 1860 v nemecké mesto Karlsruhe hostilo medzinárodný kongres chemikov, na ktorom sa prijalo množstvo rozhodnutí o definícii pojmov atóm a molekula. V dôsledku toho je atóm najmenšou časticou chemického prvku, ktorý je súčasťou zložitých a jednoduchých látok.

Modely atómov

Thomsonov model atómu. Navrhol považovať atóm za kladne nabité teleso obsahujúce elektróny. Táto hypotéza bol nakoniec vyvrátený slávnym vedcom Rutherfordom po vykonaní svojho slávneho experimentu, v ktorom rozptýlil častice alfa.

Kúsky hmoty. Staroveký grécky vedec Democritus veril, že vlastnosti látky môžu byť určené jej hmotnosťou, tvarom a podobnými vlastnosťami atómov, z ktorých pozostáva. Oheň má napríklad ostré atómy, v dôsledku čoho sa môže spáliť a v pevných telesách sú drsné, preto k sebe pevne priľnú, vo vode sú hladké, a preto môže tiecť. Demokrati tiež veril, že ľudská duša pozostáva z atómov.

Nagaokov raný planetárny model atómu. Fyzici z Japonska Hantaro Nagaoka v roku 1904 navrhli takýto model atómu, ktorý bol postavený v priamej analógii so Saturnom. V tomto modeli sa elektróny otáčali na obežných dráhach okolo malého kladného jadra a spájali sa do prstencov. Tento model sa však mýlil.

Bohr-Rutherfordov planetárny model atómu. Ernest Rutherford vykonal v roku 1911 niekoľko experimentov, po ktorých dospel k záveru, že atóm je nejaký druh planetárny systém, kde sa elektróny pohybujú po dráhach okolo ťažkého, kladne nabitého jadra, ktoré sa nachádza v strede atómu. Ale takýto opis odporoval klasickej elektrodynamike. Podľa posledne menovaného musí elektrón pri pohybe s dostredivým zrýchlením vyžarovať nejaké elektromagnetické vlny, v dôsledku čoho stráca určitú energiu. Jeho výpočty ukázali, že čas, ktorý potrebuje elektrón, aby dopadol na jadro v takomto atóme, je absolútne zanedbateľný.

Na vysvetlenie stability atómov musel Niels Bohr zaviesť niekoľko špeciálnych postulátov, ktoré boli zredukované na skutočnosť, že elektrón atómu, keď je v určitých energetických stavoch, nevyžaruje energiu („Bohr-Rutherford model atómu“). Bohrove postuláty ukázali, že klasická mechanika nie je použiteľná na opis vlastností atómu a jeho definície. Následné štúdium atómového žiarenia viedlo k vytvoreniu takého odvetvia fyziky, akým je kvantová mechanika, čo umožnilo vysvetliť obrovské množstvo pozorovaných faktov.

Kvantovo-mechanický model atómu

Moderný atómový model je vývojom planetárneho modelu. Jadro atómu obsahuje nenabité neutróny a kladne nabité protóny a je obklopené elektrónmi, ktoré majú záporný náboj. Koncepty kvantovej mechaniky však neumožňujú tvrdiť, že elektróny sa pohybujú okolo jadra po akýchkoľvek určitých trajektóriách.
Chemické vlastnosti atómu popisuje kvantová mechanika a určuje ich konfigurácia elektrónového obalu. Umiestnenie atómu v Mendelejevovej tabuľke periodických chemických prvkov je určené na základe elektrického náboja jeho jadra, t.j. počet protónov a počet neutrónov nemá zásadný vplyv na chemické vlastnosti. Väčšina atómu je sústredená v jadre. Hmotnosť atómu sa meria v špeciálnych jednotkách atómovej hmotnosti rovných.

Vlastnosti atómu

Akékoľvek dva atómy, ktoré majú rovnaký počet protónov, patria k rovnakému chemickému prvku. Atómy s rovnakým počtom protónov, ale rôznym počtom neutrónov sa nazývajú izotopy tohto prvku. Napríklad atóm vodíka obsahuje jeden protón, ale existujú izotopy, ktoré neobsahujú neutróny alebo jeden neutrón (deutérium) alebo dva neutróny (trícium). Počnúc atómom vodíka, ktorý má jeden protón, a končiac atómom ununokcia, ktorý obsahuje 118 protónov, tvoria chemické prvky súvislý prirodzený rad podľa počtu protónov v jadre. Rádioaktívne izotopy prvkov začínajú 83. číslom periodickej tabuľky.

Pokojová hmotnosť atómu je vyjadrená v atómových hmotnostných jednotkách (daltonoch). Hmotnosť atómu sa približne rovná súčinu jednotky atómovej hmotnosti krát hmotnostné číslo. Najťažší izotop je olovo-208, ktorého hmotnosť je 207,976 a. jesť.
Vonkajší elektrónový obal atómového obalu, ak nie je úplne vyplnený, sa nazýva valenčný obal a jeho elektróny sa nazývajú valenčné elektróny.

Vytváraním väzieb medzi sebou sa atómy spájajú do molekúl a veľkých pevných látok.

Ľudstvo tušilo existenciu najmenších častíc hmoty už od staroveku, ale potvrdenie o existencii atómov sa dočkalo až koncom 19. storočia. Takmer okamžite sa však ukázalo, že atómy majú zložitú štruktúru, ktorá určuje ich vlastnosti.

Koncept atómu ako najmenšej nedeliteľnej častice hmoty bol prvýkrát navrhnutý starovekými gréckymi filozofmi. V 17. a 18. storočí chemici zistili, že chemikálie reagujú v určitých pomeroch, ktoré sú vyjadrené malými číslami. Okrem toho identifikovali isté jednoduché látky, ktoré sa nazývali chemické prvky. Tieto objavy viedli k oživeniu myšlienky o nedeliteľné častice. Ukázal to vývoj termodynamiky a štatistickej fyziky tepelné vlastnosti telesá možno vysvetliť pohybom takýchto častíc. Nakoniec boli veľkosti atómov určené experimentálne.

Koncom 19. a začiatkom 20. storočia fyzici objavili prvú zo subatomárnych častíc, elektrón a o niečo neskôr atómové jadro, čím ukázali, že atóm nie je nedeliteľný. Rozvoj kvantovej mechaniky umožnil vysvetliť nielen štruktúru atómov, ale aj ich vlastnosti: optické spektrá, schopnosť vstupovať do reakcií a vytvárať molekuly, t.j.

Všeobecné charakteristiky štruktúry atómu

Moderné predstavy o štruktúre atómu sú založené na kvantovej mechanike.

Na populárnej úrovni možno štruktúru atómu prezentovať z hľadiska vlnového modelu, ktorý je založený na Bohrovom modeli, ale zohľadňuje aj ďalšie informácie z kvantovej mechaniky.

Podľa tohto modelu:

Atómy pozostávajú z elementárnych častíc (protónov, elektrónov a neutrónov). Hmotnosť atómu je sústredená hlavne v jadre, takže väčšina objemu je relatívne prázdna. Jadro je obklopené elektrónmi. Počet elektrónov sa rovná počtu protónov v jadre, určuje počet protónov sériové číslo prvok v periodická tabuľka. V neutrálnom atóme sa celkový záporný náboj elektrónov rovná kladnému náboju protónov. Atómy toho istého prvku s rôznym počtom neutrónov sa nazývajú izotopy.
V strede atómu je malé, kladne nabité jadro zložené z protónov a neutrónov.
Jadro atómu je asi 10 000-krát menšie ako samotný atóm. Ak teda zväčšíte atóm na veľkosť letiska Boryspil, veľkosť jadra bude menšiu veľkosť stolnotenisová loptička.
Jadro je obklopené elektrónovým oblakom, ktorý zaberá najviac jeho objem. V elektrónovom oblaku sa dajú rozlíšiť škrupiny, pre každú z nich existuje niekoľko možných orbitálov. Vyplnené orbitály tvoria elektronickú konfiguráciu charakteristickú pre každý chemický prvok.
Každý orbitál môže obsahovať až dva elektróny charakterizované tromi kvantovými číslami: základným, orbitálnym a magnetickým.
Každý elektrón v orbitále má jedinečnú hodnotu štvrtého kvantového čísla: spin.
Orbitály sú určené špecifickým rozdelením pravdepodobnosti toho, kde presne sa elektrón nachádza. Príklady orbitálov a ich symbolov sú znázornené na obrázku vpravo. Za „hranicu“ orbitálu sa považuje vzdialenosť, pri ktorej je pravdepodobnosť, že elektrón môže byť mimo neho, menšia ako 90 %.
Každý obal môže obsahovať najviac presne definovaný počet elektrónov. Napríklad obal najbližšie k jadru môže mať maximálne dva elektróny, ďalší - 8, tretí od jadra - 18 atď.
Keď sa elektróny prichytia k atómu, spadnú do nízkoenergetického orbitálu. Na tvorbe medziatómových väzieb sa môžu podieľať iba elektróny vonkajšieho obalu. Atómy sa môžu vzdať a získať elektróny, pričom sa stanú kladne alebo záporne nabitými iónmi. Chemické vlastnosti prvku sú určené ľahkosťou, s akou sa jadro môže vzdať alebo získať elektróny. To závisí tak od počtu elektrónov, ako aj od stupňa naplnenia vonkajšieho obalu.
Veľkosť atómu

Veľkosť atómu je ťažko merateľná veličina, pretože centrálne jadro je obklopené difúznym elektrónovým oblakom. Pre atómy tvoriace pevné kryštály môže vzdialenosť medzi susednými miestami kryštálovej mriežky slúžiť ako približná hodnota ich veľkosti. Pre atómy sa kryštály nevytvárajú, používajú sa iné techniky hodnotenia vrátane teoretických výpočtov. Napríklad veľkosť atómu vodíka sa odhaduje na 1,2 × 10-10 m. Túto hodnotu možno porovnať s veľkosťou protónu (čo je jadro atómu vodíka): 0,87 × 10-15 m a overiť že jadro atómu vodíka je 100 000-krát menšie ako samotný atóm. Atómy ostatných prvkov si zachovávajú približne rovnaký pomer. Dôvodom je, že prvky s väčším, kladne nabitým jadrom priťahujú elektróny silnejšie.

Ďalšou charakteristikou veľkosti atómu je van der Waalsov polomer – vzdialenosť, na ktorú sa k danému atómu môže priblížiť iný atóm. Medziatómové vzdialenosti v molekulách sú charakterizované dĺžkou chemických väzieb alebo kovalentným polomerom.

Jadro

Väčšina atómu je sústredená v jadre, ktoré pozostáva z nukleónov: protónov a neutrónov, ktoré sú vzájomne prepojené jadrovými interakčnými silami.

Počet protónov v jadre atómu určuje jeho atómové číslo a prvok, ku ktorému atóm patrí. Napríklad atómy uhlíka obsahujú 6 protónov. Všetky atómy s určitým atómovým číslom majú rovnaké fyzicka charakteristika a vykazujú rovnaké chemické vlastnosti. Periodická tabuľka uvádza prvky v poradí podľa rastúceho atómového čísla.

Celkový počet protónov a neutrónov v atóme prvku určuje jeho atómovú hmotnosť, keďže protón a neutrón majú hmotnosť približne 1 amu. Neutróny v jadre neovplyvňujú, ku ktorému prvku atóm patrí, ale chemický prvok môže mať atómy s rovnakým počtom protónov a rôznym počtom neutrónov. Takéto atómy majú rovnaké atómové číslo, ale odlišnú atómovú hmotnosť a nazývajú sa izotopy prvku. Keď píšete názov izotopu, napíšte za ním atómovú hmotnosť. Napríklad izotop uhlík-14 obsahuje 6 protónov a 8 neutrónov, čím sa dosiahne atómová hmotnosť 14. Ďalšou populárnou metódou zápisu je uvedenie atómovej hmotnosti horným indexom pred symbol prvku. Napríklad uhlík-14 je označený ako 14C.

Atómová hmotnosť prvku uvedená v periodickej tabuľke je priemerná hodnota hmotnosti izotopov nachádzajúcich sa v prírode. Spriemerovanie sa vykonáva podľa množstva izotopu v prírode.

So zvyšujúcim sa atómovým číslom sa zvyšuje kladný náboj jadra a v dôsledku toho sa zvyšuje Coulombovo odpudzovanie medzi protónmi. Na udržanie protónov pohromade je potrebných stále viac neutrónov. Avšak veľké množstvo neutróny sú nestabilné a táto okolnosť obmedzuje možný náboj jadra a počet chemických prvkov existujúcich v prírode. Chemické prvky s vysokými atómovými číslami majú veľmi krátku životnosť, môžu vzniknúť len bombardovaním jadier ľahkých prvkov iónmi a pozorujú sa len pri experimentoch s urýchľovačmi. Od februára 2008 je ťažkým syntetizovaným chemickým prvkom unuoctium

Mnohé izotopy chemických prvkov sú nestabilné a časom sa rozpadajú. Tento jav využíva test rádiových prvkov na určenie veku predmetov. veľký význam pre archeológiu a paleontológiu.

Bohrov model

Bohrov model je prvým fyzikálnym modelom, ktorý dokázal správne opísať optické spektrá atómu vodíka. Po vývoji presné metódy kvantová mechanika má Bohrov model len historický význam, ale kvôli svojej jednoduchosti je stále široko vyučovaný a používaný na kvalitatívne pochopenie štruktúry atómu.

Bohrov model je založený na Rutherfordovom planetárnom modeli, ktorý opisuje atóm ako malé, kladne nabité jadro so záporne nabitými elektrónmi obiehajúcimi na rôznych úrovniach, ktoré sa podobajú štruktúre. slnečná sústava. Rutherford navrhol planetárny model na vysvetlenie výsledkov svojich experimentov o rozptyle častíc alfa kovovou fóliou. Podľa planetárneho modelu sa atóm skladá z ťažkého jadra, okolo ktorého rotujú elektróny. Ale to, ako naň nepadajú elektróny rotujúce okolo jadra v špirále, bolo pre fyzikov tej doby nepochopiteľné. Skutočne, podľa klasickej teórie V elektromagnetizme by elektrón, ktorý rotuje okolo jadra, mal vyžarovať elektromagnetické vlny (svetlo), čo by viedlo k postupnej strate energie a dopadu na jadro. Ako teda môže atóm vôbec existovať? Štúdie elektromagnetického spektra atómov navyše ukázali, že elektróny v atóme môžu vyžarovať svetlo len s určitou frekvenciou.

Tieto ťažkosti boli prekonané v modeli navrhnutom Nielsom Bohrom v roku 1913, ktorý predpokladá, že:

Elektróny môžu byť iba na obežných dráhach, ktoré majú diskrétne kvantované energie. To znamená, že nie sú možné všetky obežné dráhy, ale iba niektoré špecifické. Presné energie povolených dráh závisia od atómu.
Pri pohybe elektrónov z jednej prípustnej dráhy na druhú neplatia zákony klasickej mechaniky.
Keď sa elektrón pohybuje z jednej dráhy na druhú, rozdiel v energii je vyžarovaný (alebo absorbovaný) jediným kvantom svetla (fotónom), ktorého frekvencia priamo závisí od energetického rozdielu medzi týmito dvoma dráhami.

kde ν je frekvencia fotónu, E je energetický rozdiel a h je konštanta úmernosti, známa aj ako Planckova konštanta.
Po určení toho, čo možno zapísať

kde ω je uhlová frekvencia fotónu.
Povolené obežné dráhy závisia od kvantovaných hodnôt uhlovej orbitálnej hybnosti L, opísanej rovnicou

kde n = 1,2,3,...
a nazýva sa kvantové číslo momentu hybnosti.
Tieto predpoklady umožnili vysvetliť výsledky vtedajších pozorovaní, napríklad prečo sa spektrum skladá z diskrétnych čiar. Predpoklad (4) uvádza, že najmenšia hodnota n je 1. Podľa toho najmenší prijateľný atómový polomer je 0,526 Å (0,0529 nm = 5,28 10-11 m). Táto hodnota je známa ako Bohrov polomer.

Bohrov model sa niekedy nazýva poloklasický model, pretože hoci zahŕňa niektoré myšlienky z kvantovej mechaniky, nie je úplným kvantovomechanickým popisom atómu vodíka. Bohrov model bol však významným krokom k vytvoreniu takéhoto popisu.

V prísnom kvantovomechanickom opise atómu vodíka sa energetické hladiny nachádzajú z riešenia stacionárnej Schrödingerovej rovnice. Tieto úrovne sú charakterizované tromi kvantovými číslami uvedenými vyššie, vzorec na kvantovanie momentu hybnosti je iný, kvantové číslo momentu hybnosti rovná nule pre sférické s-orbitály, jednotky pre predĺžené p-orbitály v tvare činky atď. (pozri obrázok vyššie).

Atómová energia a jej kvantovanie

Energetické hodnoty, ktoré môže mať atóm, sa vypočítavajú a interpretujú na základe ustanovení kvantovej mechaniky. Toto zohľadňuje faktory ako napr elektrostatická interakcia elektróny s jadrom a elektróny medzi sebou, spiny elektrónov, princíp Identických častíc. V kvantovej mechanike je stav, v ktorom sa atóm nachádza, opísaný vlnovou funkciou, ktorú možno zistiť z riešenia Schrödingerovej rovnice. Existuje špecifický súbor stavov, z ktorých každý má špecifickú energetickú hodnotu. Stav s najnižšou energiou sa nazýva základný stav. Ostatné stavy sa nazývajú vzrušené. Atóm je v excitovanom stave na konečný čas, skôr či neskôr vyžaruje kvantum elektromagnetického poľa (fotónu) a prechádza do základného stavu. Atóm môže zostať v základnom stave po dlhú dobu. Aby sa vzrušil, potrebuje vonkajšiu energiu, ktorá k nemu môže len prichádzať vonkajšie prostredie. Atóm vyžaruje alebo absorbuje svetlo len pri určitých frekvenciách zodpovedajúcich energetickému rozdielu medzi jeho stavmi.

Možné stavy atómu sú indexované kvantovými číslami, ako je spin, kvantové číslo orbitálneho momentu hybnosti a kvantové číslo celkového momentu hybnosti. Viac podrobností o ich klasifikácii nájdete v článku elektronické pojmy

Elektronické obaly zložitých atómov

Komplexné atómy majú desiatky a pre veľmi ťažké prvky dokonca stovky elektrónov. Podľa princípu identických častíc sú elektrónové stavy atómov tvorené všetkými elektrónmi a nie je možné určiť, kde sa ktorý z nich nachádza. Pri takzvanej jednoelektrónovej aproximácii však môžeme hovoriť o určitých energetických stavoch jednotlivých elektrónov.

Podľa týchto predstáv existuje určitý súbor orbitálov, ktoré sú vyplnené elektrónmi atómu. Tieto orbitály tvoria špecifickú elektronickú konfiguráciu. Každý orbitál môže obsahovať najviac dva elektróny (Pauliho vylučovací princíp). Orbitály sú zoskupené do obalov, z ktorých každý môže mať len určitý pevný počet orbitálov (1, 4, 10 atď.). Orbitály sa delia na vnútorné a vonkajšie. V základnom stave atómu sú vnútorné obaly úplne naplnené elektrónmi.

Vo vnútorných orbitáloch sú elektróny veľmi blízko jadra a sú k nemu pevne pripojené. Ak chcete odstrániť elektrón z vnútorného orbitálu, musíte mu poskytnúť vysokú energiu, až niekoľko tisíc elektrónvoltov. Elektrón na vnútornom obale môže získať takúto energiu iba absorbovaním röntgenového kvanta. Energie vnútorných obalov atómov sú pre každý chemický prvok individuálne, a preto je možné atóm identifikovať podľa röntgenového absorpčného spektra. Táto okolnosť sa používa pri röntgenovej analýze.

Vo vonkajšom obale sú elektróny umiestnené ďaleko od jadra. Práve tieto elektróny sa podieľajú na tvorbe chemických väzieb, a preto sa vonkajší obal nazýva valencia a elektróny vo vonkajšom obale valenčné elektróny.

Kvantové prechody v atóme

Medzi rôzne podmienky atómov, sú možné prechody, ktoré sú spôsobené vonkajšou poruchou, často elektromagnetickým poľom. V dôsledku kvantovania atómových stavov sa optické spektrá atómov skladajú z jednotlivých čiar, ak energia svetelného kvanta neprevyšuje ionizačnú energiu. S viac vysoké frekvencie optické spektrá atómov sa stávajú spojitými. Pravdepodobnosť excitácie atómu svetlom klesá s ďalším zvýšením frekvencie, ale prudko rastie pri určitých frekvenciách charakteristických pre každý chemický prvok v oblasti röntgenového žiarenia.

Excitované atómy vyžarujú svetelné kvantá s rovnakými frekvenciami, pri ktorých dochádza k absorpcii.

Prechody medzi rôznymi stavmi atómov môžu byť spôsobené aj interakciami s rýchlo nabitými časticami.

Chemické a fyzikálne vlastnosti atómu

Chemické vlastnosti atómu určujú najmä valenčné elektróny – elektróny vo vonkajšom obale. Počet elektrónov vo vonkajšom obale určuje valenciu atómu.

Atómy posledného stĺpca periodickej tabuľky prvkov majú úplne vyplnený vonkajší obal a na to, aby sa elektrón presunul do ďalšieho obalu, musí byť atóm vybavený veľmi vysokou energiou. Preto sú tieto atómy inertné a nemajú tendenciu vstupovať do chemických reakcií. Inertné plyny sa riedia a kryštalizujú len pri veľmi nízkych teplotách.

Atómy prvého stĺpca periodická tabuľka prvky majú vo svojom vonkajšom obale jeden elektrón a sú chemicky aktívne. Ich valencia je 1. Charakteristický typ Chemická väzba pre tieto atómy v kryštalizovanom stave je kovová väzba.

Atómy v druhom stĺpci periodickej tabuľky v základnom stave majú vo svojom vonkajšom obale 2 s elektróny. Ich vonkajší obal je vyplnený, preto musia byť inertné. Ale na prechod zo základného stavu s konfiguráciou elektrónového obalu s2 do stavu s konfiguráciou s1p1 je potrebná veľmi malá energia, takže tieto atómy majú valenciu 2, ale vykazujú menšiu aktivitu.

Atómy v treťom stĺpci periodickej tabuľky prvkov majú v základnom stave elektrónovú konfiguráciu s2p1. Môžu vykazovať rôzne valencie: 1, 3, 5. Posledná možnosť vzniká, keď sa elektrónový obal atómu pridá k 8 elektrónom a uzavrie sa.

Atómy vo štvrtom stĺpci periodickej tabuľky prvkov majú valenciu 4 (napr. oxid uhličitý CO2), hoci je možná aj valencia 2 (napr. oxid uhoľnatý CO). Pred týmto stĺpcom patrí uhlík, prvok, ktorý tvorí širokú škálu chemických zlúčenín. Špeciálna časť chémie je venovaná zlúčeninám uhlíka - organická chémia. Ďalšími prvkami tohto stĺpca sú kremík, germánium at normálnych podmienkach sú polovodiče v pevnej fáze.

Prvky v piatom stĺpci majú valenciu 3 alebo 5.

Prvky šiesteho stĺpca periodickej tabuľky majú v základnom stave konfiguráciu s2p4 a celkový spin 1. Preto sú dvojmocné. Existuje tiež možnosť prechodu atómu do excitovaného stavu s2p3s so spinom 2, v ktorom je valencia 4 alebo 6.

Prvky v siedmom stĺpci periodickej tabuľky postrádajú vo svojom vonkajšom obale jeden elektrón, aby ho vyplnili. Väčšinou sú monovalentné. Môžu však vstúpiť do chemických zlúčenín v excitovaných stavoch, ktoré vykazujú valencie 3, 5, 7.

Prechodové prvky zvyčajne vypĺňajú vonkajší plášť s pred úplným vyplnením plášťa d. Preto majú väčšinou valenciu 1 alebo 2, ale v niektorých prípadoch sa jeden z d-elektrónov podieľa na tvorbe chemických väzieb a valencia sa rovná trom.

Keď sa tvoria chemické zlúčeniny, atómové orbitály sa modifikujú, deformujú a stávajú sa molekulárnymi orbitálmi. V tomto prípade dochádza k procesu hybridizácie orbitálov - vzniku nových orbitálov, ako konkrétneho súčtu základných.

História pojmu atóm

Viac podrobností v článku atomizmus
Pojem atóm, rovnako ako samotné slovo, má Staroveký grécky pôvod, hoci pravdivosť hypotézy o existencii atómov sa potvrdila až v 20. storočí. Hlavnou myšlienkou, ktorá stála za týmto konceptom počas všetkých storočí, bola myšlienka sveta ako súboru obrovské množstvo nedeliteľné prvky, ktoré majú veľmi jednoduchú štruktúru a existujú od počiatku vekov.

Prví kazatelia atomistickej doktríny

Prvý, kto hlásal atomistické učenie, bol filozof Leucippus v 5. storočí pred Kristom. Potom jeho študent Democritus zdvihol taktovku. Z ich práce sa zachovali iba izolované fragmenty, z ktorých je zrejmé, že vychádzali z malého počtu skôr abstraktných fyzikálnych hypotéz:

"Sladkosť a horkosť, teplo a chlad sú významom definície, ale v skutočnosti [iba] atómy a prázdnota."

Podľa Demokrita sa celá príroda skladá z atómov, najmenších častíc hmoty, ktoré sú v pokoji alebo sa pohybujú v úplne prázdnom priestore. Všetky atómy majú jednoduchá forma a atómy rovnakého typu sú identické; Rozmanitosť prírody odráža rozmanitosť tvarov atómov a rozmanitosť spôsobov, ktorými sa atómy môžu navzájom držať. Demokritos aj Leucipus verili, že atómy, keď sa začali pohybovať, pokračujú v pohybe podľa zákonov prírody.

Najťažšia otázka pre starých Grékov bola fyzická realita základné pojmy atomizmu. V akom zmysle by sme mohli hovoriť o realite prázdnoty, ak tá, ktorá nemá žiadnu hmotu, nemôže mať žiadnu fyzikálne vlastnosti? Myšlienky Leucipa a Demokrita nemohli slúžiť ako uspokojivý základ pre teóriu hmoty v fyzicky, pretože nevysvetlili, z čoho sú atómy vyrobené, ani prečo sú atómy nedeliteľné.

Generáciu po Demokritovi navrhol Platón svoje riešenie tohto problému: „najmenšie častice nepatria do kráľovstva hmoty, ale do kráľovstva geometrie; predstavujú rôzne telesné geometrické obrazce ohraničený plochými trojuholníkmi."

Pojem atóm v indickej filozofii

O tisíc rokov neskôr preniklo abstraktné uvažovanie starých Grékov do Indie a prevzali ho niektoré školy indickej filozofie. No ak západná filozofia verila, že atómová teória by sa mala stať konkrétnym a objektívnym základom pre teóriu materiálneho sveta, indická filozofia vždy vnímala materiálny svet ako ilúziu. Keď sa atomizmus objavil v Indii, nadobudol podobu teórie, že realita vo svete je procesom a nie substanciou, a že sme vo svete prítomní ako prepojenia v procese a nie ako hrudky hmoty.

To znamená, že Platón aj indickí filozofi uvažovali asi takto: ak sa príroda skladá z malých, ale čo do veľkosti, podielov, prečo ich nemožno rozdeliť, aspoň v predstavách, na ešte menšie častice, ktoré sa stali predmetom? ďalšie úvahy?

Atomistická teória v rímskej vede

Rímsky básnik Lucretius (96 - 55 pred Kr.) bol jedným z mála Rimanov, ktorí prejavili záujem o čistú vedu. Vo svojej básni O povahe vecí (De rerum natura) podrobne rozpísal fakty, ktoré svedčia v prospech atómovej teórie. Napríklad vietor, ktorý fúka veľkou silou, hoci ho nikto nevidí, je pravdepodobne zložený z častíc, ktoré sú príliš ťažko viditeľné. Veci na diaľku môžeme vnímať pachom, zvukom a teplom, ktoré sa pohybujú, pričom zostávajú neviditeľné.

Lucretius spája vlastnosti vecí s vlastnosťami ich zložiek, t.j. Atómy: Atómy kvapaliny sú malé a majú okrúhly tvar, a preto kvapalina tak ľahko prúdi a presakuje cez poréznu látku, zatiaľ čo atómy pevných látok majú háčiky, ktoré ich držia pohromade. Tiež rôzne chuťové vnemy a zvuky rôznej hlasitosti sú zložené z atómov zodpovedajúcich tvarov – od jednoduchých a harmonických až po kľukaté a nepravidelné.

Ale učenie Lucretia bolo odsúdené cirkvou, pretože ich interpretoval dosť materialisticky: napríklad myšlienku, že Boh, ktorý raz spustil atómový mechanizmus, už nezasahuje do jeho práce, alebo že duša zomiera spolu s telo.

Prvé teórie o štruktúre atómu

Jednu z prvých teórií o štruktúre atómu, ktorá už má moderné obrysy, opísal Galileo (1564-1642). Podľa jeho teórie sa hmota skladá z častíc, ktoré nie sú v pokoji, ale vplyvom tepla sa pohybujú všetkými smermi; teplo nie je nič iné ako pohyb častíc. Štruktúra častíc je zložitá a ak zbavíte ktorúkoľvek časť jej materiálneho obalu, svetlo bude striekať zvnútra. Galileo ako prvý predstavil, aj keď vo fantastickej forme, štruktúru atómu.

Vedecké základy

V 19. storočí John Dalton získal dôkazy o existencii atómov, no predpokladal, že sú nedeliteľné. Ernest Rutherford experimentálne ukázal, že atóm pozostáva z jadra obklopeného záporne nabitými časticami - elektrónmi.