Pin
Send
Share
Send


An atomas (Graikų k άτομον nuo ά: ne ir τομον: dalijamas) yra submikroskopinė struktūra, randama visose įprastose materijose. Iš pradžių buvo tikima, kad atomas yra mažiausia įmanoma nedaloma materijos dalelė. Vėliau buvo nustatyta, kad atomai sudaryti iš dar mažesnių subatominių dalelių. Susidedantys iš teigiamai įkrauto branduolio, apsupto neigiamai įkrautų elektronų debesies, atomai pasižymi pozityvumo ir negatyvo dvilypumu, būdingu visoms esamoms būtybėms. Atomai yra pagrindiniai materijos elementai. Jie gali būti suskirstyti į elementus ir sujungti tam tikrais santykiais, kad susidarytų junginiai joniniu arba kovalentiniu ryšiu. Cheminių reakcijų metu jie nei sukuriami, nei naikinami, ir sakoma, kad jie yra konservuoti.

Atominė teorija

Atominė struktūra

Atomai yra sudaryti iš trijų pagrindinių tipų subatominių dalelių:

  • elektronai, turintys neigiamą krūvį;
  • protonai, kurie turi teigiamą krūvį; ir
  • neutronai, kurie neturi krūvio.

Protonai ir neutronai kartu sudaro atomo branduolį; mažas, tankus, teigiamai įkrautas regionas atomo centre, kuriame yra didžioji atomo masės dalis. Protonai ir neutronai yra sudaryti iš mažesnių dalelių, vadinamų kvarkais. Kvarkus ir patį branduolį palaiko stipri sąveika. Tai yra viena iš keturių fizinės visatos sąveikų. Elektronai supa branduolį difuzinėje neigiamo krūvio srityje, kuri yra daug didesnė už patį branduolį ir yra atsakinga už atomo dydį. Kvantiniai mechaniniai skaičiavimai rodo, kad šie elektronai turi orbitinę struktūrą, atsakingą už fizines ir chemines atomo savybes.

Kiekvienas elementariųjų dalelių tipas taip pat turi atitinkamą antidalelę (žr. Dalelių fiziką). Taigi antimaterijos atomai gali susidaryti, sudaryti iš antielektronų, antiprotonų ir antineutronų.

Atomo dydis

Atomo dydis nėra lengvai nustatomas, nes, didėjant atstumui nuo branduolio, elektronų orbitalės palaipsniui eina į nulį. Atomams, galintiems sudaryti kietus kristalus, atstumas tarp gretimų branduolių gali parodyti atomo dydį. Atomams, kurie nesudaro kietų kristalų, naudojami kiti būdai, įskaitant teorinius skaičiavimus. Pavyzdžiui, apskaičiuota, kad vandenilio atomo dydis yra maždaug 1,2 × 10-10m. Palyginkite tai su protono, kuris yra vienintelė vandenilio atomo branduolio dalelė, dydžio, kuris yra maždaug 0,87 × 10, dydžiu.-15m. Taigi santykis tarp vandenilio atomo ir jo branduolio yra maždaug 100 000. Skirtingų elementų atomai skiriasi dydžiu, tačiau dydžiai yra maždaug vienodi maždaug 2 kartus. To priežastis yra ta, kad elementai, turintys didelį teigiamą krūvį branduolyje, elektronus stipriau traukia į atomo centrą.

Elementai ir izotopai

Atomai paprastai klasifikuojami pagal jų atominį skaičių, kuris atitinka protonų skaičių atome. Atomo numeris nusako, kuris elementas yra atomas. Pavyzdžiui, anglies atomai yra tie atomai, kuriuose yra 6 protonai. Visi atomai, turintys tą patį atominį skaičių, pasižymi labai įvairiomis fizinėmis savybėmis ir pasižymi vienoda chemine elgsena. Įvairių rūšių atomai yra išvardyti periodinėje lentelėje pagal didėjantį atomų skaičių.

Elemento masės numeris, atominės masės skaičius arba branduolio skaičius yra bendras protonų ir neutronų skaičius to elemento atome, nes kiekvieno protono arba neutrono masė iš esmės yra 1 amu. Neutronų skaičius atome neturi įtakos tam, kuris elementas jis yra. Kiekvienas elementas gali turėti daugybę skirtingų atomų, turinčių tą patį protonų ir elektronų skaičių, tačiau skirtingą neutronų skaičių. Kiekvienas iš jų turi tą patį atominį skaičių, bet skirtingą masės skaičių. Jie vadinami elemento izotopais. Rašant izotopo pavadinimą, po elemento pavadinimo nurodomas masės numeris. Pvz., Anglies-14 kiekviename atome yra 6 protonai ir 8 neutronai, kurių bendras masės skaičius yra 14.

Paprasčiausias atomas yra vandenilio atomas, kurio atominis skaičius 1 ir kurį sudaro vienas protonas ir vienas elektronas. Vandenilio izotopas, kuriame taip pat yra 1 neutonas, vadinamas deuteriu arba vandeniliu-2; vandenilio izotopas, turintis 2 neutronus, vadinamas tritiu arba vandeniliu-3.

Kiekvieno elemento periodinėje lentelėje nurodyta atominė masė yra gamtoje randamų izotopų masių vidurkis, įvertintas jų gausa.

Valencija ir klijavimas

Cheminį atomų elgesį daugiausia lemia elektronų sąveika. Atomo elektronai išlieka tam tikrose, nuspėjamose elektronų konfigūracijose. Elektronai patenka į apvalkalus pagal jų santykinį energijos lygį, kuris paprastai vaizduojamas kaip vidutinis atstumas nuo branduolio. Didžiausią įtaką cheminiam elgesiui turi išoriniame apvalkale esantys elektronai, vadinami valentiniais elektronais. Pagrindiniai elektronai (kurių nėra išoriniame apvalkale) vaidina svarbų vaidmenį, tačiau dažniausiai tai yra antrinis poveikis, atsirandantis dėl teigiamo krūvio atomai branduolyje.

Vandenilio atomo atominės orbitinės bangos funkcijos. Pagrindinis kvantinis skaičius yra kiekvienos eilutės dešinėje, o azimutinis kvantinis numeris yra žymimas raidėmis kiekvienos stulpelio viršuje.

Kiekvienas apvalkalas, sunumeruotas nuo artimiausio branduoliui (mažiausios energijos), gali skirtis nuo konkretaus elektronų skaičiaus, nes skiriasi jo subkategorija ir orbitos talpa:

  • Korpuso 1: 2 elektronų talpa - s subblevel - 1 orbitalė
  • Apvalkalas 2: 8 elektronų talpa - s ir p antriniai lygiai - 4 orbitalės
  • Korpusas 3: 18 elektronų talpa - s, pir d antriniai lygiai - 9 orbitalės
  • Apvalkalas 4: 32 elektronų talpa - s, p, dir f antriniai lygiai - 16 orbitų

Lukšto elektronų talpai nustatyti 2 formulėn ² naudojamas ten, kur n yra apvalkalo skaičius arba principinis kvantinis skaičius. Elektronai užpildo orbitas ir apvalkalus iš vidaus, pradedant nuo apvalkalo. Tai, kuris užimtas apvalkalas šiuo metu yra labiausiai išorinis, yra valentinis apvalkalas, net jei jis turi tik vieną elektroną.

Priežastys, kodėl apvalkalai užpildomi tam tikra tvarka, yra ta, kad elektronų energijos lygis vidiniame apvalkale yra žymiai mažesnis nei išorinių apvalkalų elektronų energijos lygis. Taigi, jei vidiniai apvalkalai nebūtų visiškai užpildyti, išoriniame apvalkale esantis elektronas greitai „patektų“ į vidinį apvalkalą (išskiriant fotoną, kuris nuneštų energijos skirtumą).

Elektronų skaičius atomo tolimiausiame valentiniame apvalkale nustato jo rišamąją elgseną. Todėl elementai, turintys tą patį valentinių elektronų skaičių, yra sugrupuoti į elementų periodinę lentelę. 1 grupės (t. Y. Stulpelio) elementuose yra vienas elektronas ant išorinio apvalkalo; 2 grupė, du elektronai; 3 grupė, trys elektronai; Ir tt Paprastai kuo mažiau elektronų yra atomo valentiniame apvalkale, tuo jis reaktyvesnis. Taigi 1 grupės metalai yra labai reaktyvūs, o cezis, rubidis ir francis yra patys reaktyviausi iš visų metalų.

Kiekvienas atomas yra daug stabilesnis (t. Y. Mažiau energingas) su pilnu valentiniu apvalkalu. Tai galima pasiekti vienu iš dviejų būdų: atomas gali pasidalinti elektronus su kaimyniniais atomais (a kovalentinis ryšys), arba jis gali pašalinti elektronus iš kitų atomų (an joninis ryšys). Kita joninio jungimosi forma apima atomą, suteikiantį dalį savo elektronų kitam atomui; tai taip pat veikia, nes atsisakius viso savo išorinio apvalkalo, jis gali baigtis visiška valencija. Judėdami elektronai, du atomai susisieja. Tai vadinama cheminiu rišimu ir naudojama atomams sudaryti į molekules arba joninius junginius. Egzistuoja penki pagrindiniai obligacijų tipai:

  • joninės jungtys;
  • kovalentiniai ryšiai;
  • koordinuoti kovalentinius ryšius;
  • vandenilio jungtys; ir
  • metalinės jungtys.

Istorija

Istorinės teorijos

Demokratas ir Leucippusas, graikų filosofai V amžiuje B.C.E., pateikė pirmąją atomų teoriją (atomizmą). Jie laikėsi nuomonės, kad kiekvienas atomas turėjo skirtingą formą, pavyzdžiui, akmenuką, kuris reguliavo atomo savybes. Daltonas ir Avogadro iš naujo atrado Demokrito ir Leucippo kūrinius ir XIX amžiuje pasiūlė, kad materiją sudaro atomai, tačiau jie nieko nežinojo apie savo struktūrą. Ši teorija prieštaravo begalinio dalijamumo teorijai, teigiančiai, kad materiją visada galima padalyti į mažesnes dalis.

Ginčai išsiskyrė 1911 m., Kai Perrinas atrado metadalelę, kurią šiais laikais vadiname atomu. Jeanas Perrinas manė, kad rado „atomus“, apie kuriuos kalbėjo Demokratas, ir taip pavadino jo dalelių atomus.

Manoma, kad per tą laiką atomai buvo mažiausias įmanomas materijos vienetas. Tačiau vėliau buvo parodyta, kad atomai yra sudaryti iš subatominių dalelių. Thomsono eksperimentais buvo aptiktas elektronas, pirmasis iš subatominių dalelių. Tai parodė, kad atomai iš tikrųjų yra dalijami, o ne apie nedalomus „atomus“ Demokratas kalbėjo. Radioaktyvumo darbai devynioliktojo amžiaus pabaigoje taip pat užsiminė apie atomų dalijimąsi. Vėliau fizikai išrado naują nedalomų vienetų, būtent elementariųjų dalelių, terminą, nes žodis atomas jau buvo paimtas ir tapo įprastu vartojimu.

Iš pradžių buvo manoma, kad elektronai yra daugiau ar mažiau tolygiai pasiskirstę teigiamo krūvio jūroje (slyvų pudingo modelis). Tačiau po kelerių metų Rutherfordo atliktas eksperimentas parodė, kad atomai dažniausiai yra tuščia erdvė, o branduolyje susikaupia daug masės. Eksperimentuodamas aukso foliją, jis iššovė alfa daleles (kurias išskiria polonis) per aukso lakštą. Jis pastebėjo, kad dauguma dalelių praėjo tiesiai per lakštą be deformacijos (trenkėsi į fluorescencinį ekraną iš kitos pusės), tačiau stebėtinai maža dalis atšoko tiesiai atgal (priartėjus prie branduolio). Tai atvedė prie atomo planetinio modelio, kuriame elektronai branduolį skriejo taip, kaip planetos, skriejančios aplink saulę.

Vėliau buvo nustatyta, kad branduolyje yra protonų, ir atlikdamas tolesnius Rutherfordo eksperimentus paaiškėjo, kad daugumos atomų branduolinė masė viršijo turimų protonų skaičių; tai paskatino jį postuliuoti neutronų, kurių egzistavimą 1932 m. įrodys Jamesas Chadwickas, egzistavimą.

Vėliau Makso Plancko ir Alberto Einšteino eksperimentai parodė, kad energija perduodama mažais fiksuotais kiekiais, vadinamais kvantais. Tai paskatino Bohrą pasiūlyti atnaujintą modelį, kuriame elektronai skriejo branduoliu fiksuotuose apskritimuose. Kadangi jų energija galėjo keistis tik fiksuotais kiekiais, jie negalėjo judėti arčiau ar toliau nuo branduolio spiralėmis; jie galėjo padaryti tik kvantinius šuolius iš vieno apskritimo į kitą.

Atomų tyrimas

Atomai buvo tiriami beveik netiesioginėmis priemonėmis per XIX a. Ir XX a. Pradžią. Tačiau pastaraisiais metais nauji metodai palengvino ir tikslesnį atomų identifikavimą ir tyrimą. Elektroninis mikroskopas, išrastas 1931 m., Leido nufotografuoti tikrus, atskirus atomus. Atominės jėgos mikroskopija yra dar viena technika, kuria galima vizualizuoti atskirus atomus. Taip pat egzistuoja atomų ir junginių identifikavimo metodai. Elementų analizė leidžia tiksliai nustatyti medžiagos atomų tipus ir kiekius.

Susijusios temos

Išorinės nuorodos

Visos nuorodos gautos 2016 m. Balandžio 27 d.

  • Viskas apie atomus „Jefferson Lab“.
  • Kaip atomai veikia, kaip veikia.

Pin
Send
Share
Send