Nazwa "atom" jest tłumaczona z greckiego jako "niepodzielny". Wszystko wokół nas - ciała stałe, ciecze i powietrze - zbudowane jest z miliardów tych cząstek.
Wygląd wersji o atomie
Atomy po raz pierwszy stały się znane w V wieku pne, kiedy grecki filozof Demokryt zasugerował, że materia składa się z poruszających się maleńkich cząstek. Ale wtedy nie można było sprawdzić wersji ich istnienia. I choć nikt nie mógł tych cząstek zobaczyć, dyskutowano o tym pomyśle, bo w jedyny sposób naukowcy mogli wyjaśnić procesy zachodzące w świecie rzeczywistym. Dlatego wierzyli w istnienie mikrocząstek na długo przed tym, zanim mogli to udowodnić.
Tylko w XIX wieku. zaczęto je analizować jako najmniejsze składniki pierwiastków chemicznych, posiadające specyficzne właściwości atomów – zdolność wchodzenia w związki z innymi w ściśle określonej ilości. Na początku XX wieku wierzono, że atomy są najmniejszymi cząstkami materii, dopóki nie udowodniono, że składają się z jeszcze mniejszych jednostek.
Z czego składa się pierwiastek chemiczny?
Atom pierwiastka chemicznego jest mikroskopijnym budulcem materii. Cechą charakterystyczną tej mikrocząstki stała się masa cząsteczkowa atomu. Dopiero odkrycie prawa okresowego Mendelejewa potwierdziło, że ich typy są różnymi formami jednej materii. Są tak małe, że nie da się ich zobaczyć przy pomocy zwykłych mikroskopów, a jedynie najpotężniejszych urządzeń elektronicznych. Dla porównania, włos na ludzkiej dłoni jest milion razy szerszy.
Struktura elektronowa atomu ma jądro składające się z neutronów i protonów, a także elektronów, które obracają się wokół centrum po stałych orbitach, jak planety wokół swoich gwiazd. Wszystkie są utrzymywane razem przez siłę elektromagnetyczną, jedną z czterech głównych sił we wszechświecie. Neutrony to cząstki o ładunku obojętnym, protony mają ładunek dodatni, a elektrony ładunek ujemny. Te ostatnie są przyciągane przez dodatnio naładowane protony, więc mają tendencję do pozostawania na orbicie.
Struktura atomowa
W centralnej części znajduje się jądro, które wypełnia minimalną część całego atomu. Ale badania pokazują, że znajduje się w nim prawie cała masa (99,9%). Każdy atom zawiera protony, neutrony, elektrony. Liczba wirujących w nim elektronów jest równa dodatniemu ładunkowi centralnemu. Cząstki o tym samym ładunku jądrowym Z, ale różnej masie atomowej A i liczbie neutronów w jądrze N nazywamy izotopami, a przy tym samym A i różnych Z i N nazywamy izobarami. Elektron to najmniejsza cząstka materii z negatywemładunek elektryczny e=1,6 10-19 kulomb. Ładunek jonu określa liczbę utraconych lub zyskanych elektronów. Proces metamorfozy neutralnego atomu w naładowany jon nazywamy jonizacją.
Nowa wersja modelu atomu
Fizycy odkryli do tej pory wiele innych cząstek elementarnych. Elektroniczna struktura atomu ma nową wersję.
Uważa się, że protony i neutrony, nieważne jak małe, składają się z najmniejszych cząstek zwanych kwarkami. Stanowią nowy model budowy atomu. Jak naukowcy zbierali dowody na istnienie poprzedniego modelu, dziś próbują udowodnić istnienie kwarków.
RTM to urządzenie przyszłości
Współcześni naukowcy mogą zobaczyć cząsteczki atomowe substancji na monitorze komputera, a także przenosić je po powierzchni za pomocą specjalnego narzędzia zwanego skaningowym mikroskopem tunelowym (RTM).
Jest to skomputeryzowane narzędzie z końcówką, która porusza się bardzo delikatnie w pobliżu powierzchni materiału. Gdy końcówka się porusza, elektrony przemieszczają się przez szczelinę między końcówką a powierzchnią. Chociaż materiał wygląda idealnie gładko, w rzeczywistości jest nierówny na poziomie atomowym. Komputer tworzy mapę powierzchni materii, tworząc obraz jej cząstek, dzięki czemu naukowcy mogą zobaczyć właściwości atomu.
Cząstki radioaktywne
Jony naładowane ujemnie krążą wokół jądra w wystarczająco dużej odległości. Struktura atomu jest taka, że jest całyjest naprawdę neutralny i nie ma ładunku elektrycznego, ponieważ wszystkie jego cząstki (protony, neutrony, elektrony) są w równowadze.
Atom radioaktywny to pierwiastek, który można łatwo rozszczepić. Jego centrum składa się z wielu protonów i neutronów. Jedynym wyjątkiem jest schemat atomu wodoru, który ma jeden proton. Jądro otoczone jest chmurą elektronów, to ich przyciąganie powoduje, że obracają się wokół centrum. Protony o tym samym ładunku odpychają się nawzajem.
To nie jest problem dla większości małych cząstek, które mają ich kilka. Ale niektóre z nich są niestabilne, szczególnie duże, takie jak uran, który ma 92 protony. Czasami jego centrum nie może wytrzymać takiego obciążenia. Nazywa się je radioaktywnymi, ponieważ emitują kilka cząstek ze swojego jądra. Gdy niestabilne jądro pozbyło się protonów, pozostałe protony tworzą nową córkę. Może być stabilny w zależności od liczby protonów w nowym jądrze lub może dalej się dzielić. Ten proces trwa, dopóki nie pozostanie stabilny rdzeń podrzędny.
Właściwości atomów
Właściwości fizyczne i chemiczne atomu zmieniają się naturalnie z jednego pierwiastka na drugi. Są one zdefiniowane przez następujące główne parametry.
Masa atomowa. Ponieważ główne miejsce mikrocząstek zajmują protony i neutrony, ich suma określa liczbę wyrażoną w jednostkach masy atomowej (amu) Wzór: A=Z + N.
Promień atomowy. Promień zależy od położenia pierwiastka w układzie Mendelejewa, chemicznymwiązania, liczba sąsiednich atomów i działanie mechaniki kwantowej. Promień jądra jest sto tysięcy razy mniejszy niż promień samego pierwiastka. Struktura atomu może stracić elektrony i stać się jonem dodatnim lub dodać elektrony i stać się jonem ujemnym.
W układzie okresowym Mendelejewa każdy pierwiastek chemiczny zajmuje przypisane mu miejsce. W tabeli rozmiar atomu zwiększa się wraz z ruchem od góry do dołu i zmniejsza się wraz z ruchem od lewej do prawej. Z tego najmniejszym pierwiastkiem jest hel, a największym cez.
Walencja. Zewnętrzna powłoka elektronowa atomu nazywana jest powłoką walencyjną, a znajdujące się w niej elektrony otrzymały odpowiednią nazwę - elektrony walencyjne. Ich liczba określa sposób połączenia atomu z innymi wiązaniem chemicznym. Metodą tworzenia ostatniej mikrocząstki starają się wypełnić swoje zewnętrzne powłoki walencyjne.
Grawitacja, przyciąganie to siła, która utrzymuje planety na orbicie, ponieważ przedmioty wypuszczone z rąk spadają na podłogę. Człowiek bardziej dostrzega grawitację, ale działanie elektromagnetyczne jest wielokrotnie silniejsze. Siła, która przyciąga (lub odpycha) naładowane cząstki w atomie, jest 1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 razy większa niż grawitacja. Ale w centrum jądra istnieje jeszcze silniejsza siła, która może utrzymywać razem protony i neutrony.
Reakcje w jądrach wytwarzają energię jak w reaktorach jądrowych, w których atomy są rozszczepiane. Im cięższy pierwiastek, tym więcej cząsteczek zbudowanych jest z jego atomów. Jeśli dodamy całkowitą liczbę protonów i neutronów w elemencie, dowiemy się o tymmasa. Na przykład uran, najcięższy pierwiastek występujący w przyrodzie, ma masę atomową 235 lub 238.
Podział atomu na poziomy
Poziomy energetyczne atomu są wielkością przestrzeni wokół jądra, gdzie elektron jest w ruchu. W sumie jest 7 orbitali, odpowiadających liczbie okresów w układzie okresowym. Im bardziej odległe położenie elektronu od jądra, tym ma większy zapas energii. Numer okresu wskazuje liczbę orbitali atomowych wokół jądra. Na przykład potas jest pierwiastkiem czwartego okresu, co oznacza, że ma 4 poziomy energetyczne atomu. Liczba pierwiastka chemicznego odpowiada jego ładunkowi i liczbie elektronów wokół jądra.
Atom jest źródłem energii
Prawdopodobnie najsłynniejszy wzór naukowy został odkryty przez niemieckiego fizyka Einsteina. Twierdzi, że masa to nic innego jak forma energii. W oparciu o tę teorię można zamienić materię w energię i obliczyć według wzoru, ile można jej uzyskać. Pierwszym praktycznym rezultatem tej transformacji były bomby atomowe, które najpierw przetestowano na pustyni Los Alamos (USA), a następnie eksplodowały nad japońskimi miastami. I chociaż tylko jedna siódma materiału wybuchowego zamieniła się w energię, niszczycielska moc bomby atomowej była straszna.
Aby rdzeń uwolnił swoją energię, musi się zapaść. Aby go rozdzielić, konieczne jest działanie z neutronem z zewnątrz. Następnie jądro rozpada się na dwa inne, lżejsze, jednocześnie zapewniając ogromne uwolnienie energii. Rozpad prowadzi do uwolnienia innych neutronów,i nadal dzielą inne jądra. Proces zamienia się w reakcję łańcuchową, w wyniku której powstaje ogromna ilość energii.
Wady i zalety wykorzystania reakcji jądrowej w naszych czasach
Siła niszcząca, która jest uwalniana podczas transformacji materii, ludzkość próbuje oswoić w elektrowniach jądrowych. Tutaj reakcja jądrowa nie odbywa się w formie wybuchu, ale jako stopniowe uwalnianie ciepła.
Wytwarzanie energii atomowej ma swoje plusy i minusy. Zdaniem naukowców, aby utrzymać naszą cywilizację na wysokim poziomie, konieczne jest wykorzystanie tego ogromnego źródła energii. Ale należy również wziąć pod uwagę, że nawet najnowocześniejsze rozwiązania nie mogą zagwarantować pełnego bezpieczeństwa elektrowni jądrowych. Ponadto odpady radioaktywne powstające podczas produkcji energii, jeśli są niewłaściwie przechowywane, mogą wpływać na naszych potomków przez dziesiątki tysięcy lat.
Po wypadku w elektrowni jądrowej w Czarnobylu coraz więcej osób uważa, że produkcja energii jądrowej jest bardzo niebezpieczna dla ludzkości. Jedyną bezpieczną elektrownią tego typu jest Słońce z ogromną energią jądrową. Naukowcy opracowują wszelkiego rodzaju modele ogniw słonecznych i być może w niedalekiej przyszłości ludzkość będzie w stanie zapewnić sobie bezpieczną energię atomową.
