> От какво се състои един атом?

От какво се състои един атом?

Физиците по целия свят внимателно изучават структурата на атома и неговото ядро ​​през първата половина на 20 век. Мнозина бяха изумени, че въпреки своята малка част - една капка вода се състои от приблизително 6 000 милиарда милиарда (6 000 000 000 000 000 000 000) водородни и кислородни атоми - всеки атом има структура, донякъде подобна на структурата на нашата слънчева система. Малки "планети" - електрони - се въртят около ядрото - "слънцето". От своя страна атомното ядро ​​се състои от два основни градивни елемента на Вселената - протони и неутрони, или, както ги наричат ​​още, нуклони. Електронът и протонът са заредени частици. Освен това големината на заряда на всеки от тях е еднаква; единствената разлика е, че протонът винаги е положително зареден, а електронът е отрицателно зареден. Неутронът не носи електрически заряд, но има много висока пропускливост.
Ядрата на атомите на един и същи елемент винаги съдържат еднакъв брой протони. Но броят на неутроните може да варира и такива разновидности на даден елемент се наричат ​​изотопи. Обикновено неутроните и протоните се държат много здраво в ядрото. За това са отговорни така наречените вътрешноядрени сили, които компенсират силите на отблъскване на протоните и предотвратяват спонтанното разпадане на ядрото.

Атомът е най-малката частица от химическо вещество, която може да запази свойствата си. Думата "атом" идва от старогръцкото "atomos", което означава "неделим". В зависимост от това колко и какви частици има в един атом, може да се определи химичен елемент.

Накратко за структурата на атома

Как можете накратко да изброите основната информация за е частица с едно ядро, което е положително заредено. Около това ядро ​​има отрицателно зареден облак от електрони. Всеки атом в нормалното си състояние е неутрален. Размерът на тази частица може да бъде изцяло определен от размера на електронния облак, който заобикаля ядрото.

Самото ядро ​​от своя страна също се състои от по-малки частици - протони и неутрони. Протоните са положително заредени. Неутроните не носят никакъв заряд. Протоните и неутроните обаче се комбинират в една категория и се наричат ​​нуклони. Ако основната информация за структурата на атома е необходима накратко, тогава тази информация може да бъде ограничена до изброените данни.

Първи сведения за атома

Древните гърци са подозирали, че материята може да се състои от малки частици. Те вярваха, че всичко, което съществува, е направено от атоми. Подобен възглед обаче беше чисто философски по природа и не можеше да се тълкува научно.

Първият, който получи основна информация за структурата на атома, беше английски учен, който успя да открие, че два химически елемента могат да влязат в различни съотношения и всяка такава комбинация ще представлява ново вещество. Например, осем части от елемента кислород водят до въглероден диоксид. Четири части кислород е въглероден окис.

През 1803 г. Далтън открива така наречения закон на множеството съотношения в химията. Използвайки косвени измервания (тъй като тогава нито един атом не можеше да бъде изследван под микроскопите от онова време), Далтън направи заключение за относителното тегло на атомите.

Изследванията на Ръдърфорд

Почти век по-късно основната информация за структурата на атомите беше потвърдена от друг английски химик - ученият предложи модел на електронната обвивка на най-малките частици.

По това време "Планетарният модел на атома" на Ръдърфорд беше един от най-важните стъпкиче химията може да направи. Основната информация за структурата на атома показва, че той е подобен на слънчева система: електронните частици се въртят около ядрото по строго определени орбити, точно както правят планетите.

Електронна обвивка на атоми и формули на атоми на химични елементи

Електронната обвивка на всеки атом съдържа точно толкова електрони, колкото има протони в ядрото му. Ето защо атомът е неутрален. През 1913 г. друг учен получава основна информация за структурата на атома. Формулата на Нилс Бор е подобна на тази, получена от Ръдърфорд. Според неговата концепция електроните също се въртят около ядрото, разположено в центъра. Бор усъвършенства теорията на Ръдърфорд и внесе хармония в нейните факти.

Още тогава формули за някои химикали. Например структурата на азотния атом е схематично означена като 1s 2 2s 2 2p 3, структурата на натриевия атом е изразена с формулата 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1. Чрез тези формули можете да видите колко електрони се движат във всяка от орбиталите на определено химично вещество.

Модел на Шрьодингер

По-късно обаче този атомен модел също остаря. Основната информация за структурата на атома, известна на науката днес, до голяма степен стана достъпна благодарение на изследванията на австрийския физик

Той предложи нов моделструктурата му е вълнова. По това време учените вече са доказали, че електронът е надарен не само с природата на частица, но също така има свойствата на вълна.

Въпреки това, моделът на Шрьодингер и Ръдърфорд също има общи разпоредби. Техните теории са сходни по това, че електроните съществуват на определени нива.

Такива нива се наричат ​​още електронни слоеве. С помощта на номера на нивото може да се характеризира енергията на електрона. Колкото по-висок е слоят, толкова повече енергия има. Всички нива се броят отдолу нагоре, така че номерът на нивото съответства на неговата енергия. Всеки от слоевете в електронната обвивка на атома има свои собствени поднива. В този случай първото ниво може да има едно подниво, второто - две, третото - три и така нататък (вижте горното електронни формулиазот и натрий).

Още по-малки частици

В момента, разбира се, са открити още по-малки частици от електрона, протона и неутрона. Известно е, че протонът се състои от кварки. Има още по-малки частици от Вселената - например неутриното, което е сто пъти по-малко по размер от кварк и милиард пъти по-малко от протон.

Неутриното е толкова малка частица, че е 10 септилиона пъти по-малка от, например, тиранозавър рекс. Самият тиранозавър е толкова пъти по-малък от цялата видима Вселена.

Основни сведения за структурата на атома: радиоактивност

Винаги е било известно, че нито една химична реакция не може да превърне един елемент в друг. Но в процеса на радиоактивно излъчване това става спонтанно.

Радиоактивността е способността на атомните ядра да се превръщат в други ядра - по-стабилни. Когато хората получиха основна информация за структурата на атомите, изотопите до известна степен можеха да служат като въплъщение на мечтите на средновековните алхимици.

При разпадането на изотопите се излъчва радиоактивно лъчение. Това явление е открито за първи път от Бекерел. Основен изгледРадиоактивното излъчване е алфа разпад. Когато се случи, се освобождава алфа частица. Съществува и бета разпад, при който бета частица се изхвърля от ядрото на атома.

Естествени и изкуствени изотопи

В момента са известни около 40 естествени изотопа. Повечето от тях са разположени в три категории: уран-радий, торий и актиний. Всички тези изотопи могат да бъдат намерени в природата - в скали, почва, въздух. Но освен тях са известни и около хиляда изкуствено получени изотопа, които се произвеждат в ядрени реактори. Много от тези изотопи се използват в медицината, особено в диагностиката..

Пропорции в атома

Ако си представим атом, чиито размери са сравними с размерите на международен спортен стадион, тогава визуално можем да получим следните пропорции. Електроните на атома в такъв „стадион“ ще бъдат разположени на самия връх на трибуните. Всеки ще бъде по-малък от главата на карфица. Тогава ядрото ще бъде разположено в центъра на това поле и размерът му няма да бъде по-голям от размера на грахово зърно.

Понякога хората питат как всъщност изглежда един атом. Всъщност той буквално не прилича на нищо – не поради причината, че използваните в науката микроскопи не са достатъчно добри. Размерите на атома са в тези области, където понятието „видимост“ просто не съществува.

Атомите са много малки по размер. Но колко малки са тези размери в действителност? Факт е, че най-малкият, едва видим от човешкото окоЕдно зрънце сол съдържа около един квинтилион атома.

Ако си представим атом с такъв размер, в който може да се побере човешка ръка, тогава до него ще има вируси с дължина 300 метра. Бактериите ще бъдат дълги 3 км, а дебелината на човешки косъм ще бъде 150 км. В легнало положение той би могъл да излезе извън границите на земната атмосфера. И ако такива пропорции бяха валидни, тогава един човешки косъм можеше да достигне дължината на Луната. Това е толкова сложен и интересен атом, който учените продължават да изучават и до днес.

Нашият свят е изпълнен с много тайни и неразгадани неща, защото физическите и химичните процеси са наистина невероятни. Но учените постоянно се стремят да разберат същността на материята, от която е изтъкан животът във Вселената. Този въпрос често възниква сред човечеството от дълго време. Тази статия ще ви разкаже какво е прост атом, от какви елементарни частици се състои и как учените са открили съществуването на най-малката част от химичния елемент.

Какво е атом и как е открит?

Атомът е най-малката част от химичен елемент. Атоми различни елементисе различават по броя на протоните и неутроните.

Първите, които започнаха сериозно да мислят за това от какво се състоят всички предмети, бяха древните гърци. Между другото, думата "атом" идва от гръцки език и в превод означава "неделим". Гърците вярвали, че рано или късно ще има частица, която не може да бъде разделена. Но техните разсъждения бяха по-спекулативни, отколкото научни, така че не може да се каже, че това древни хорае първият, който прави големи открития за съществуването на малки частици.

Нека разгледаме най-ранните идеи за това какво е атом.

Древногръцки философ Демокритприема, че основните параметри на всяко вещество са формата и масата и че всяко вещество се състои от малки частици. Демокрит даде пример с огъня: ако той гори, тогава частиците, от които се състои, са остри. Водата, напротив, е гладка, защото може да тече. А състоянието на частиците на твърдите предмети според него е грубо, тъй като те са способни напълно да се свържат една с друга. Демокрит също беше уверен, че човешката душа се състои от атоми.

Интересен факт: ако до 19 век с въпроса за атома са се занимавали само философи, то Джон Далтънстава първият експериментатор, който изучава малки частици. По време на експериментите той установява, че атомите имат различни маси, както и различни свойства. Между другото, изучаването на подреждането на атомите в молекулите на конкретни вещества е много по-интересно, ако наблюдавате химичните реакции, които се случват по време на експерименти. Трудовете на Далтън, въпреки че не обясняват какво представлява атомът като цяло, предоставят насоки за някои други учени.

През 1904г Джон Томсънизложи предположение за модела на атома: ученият вярва, че атомът се състои от положително заредено вещество, вътре в което са разположени отрицателно заредени корпускули. Проблемът с предположението е, че Томпсън се опита да използва собствения си модел, за да разгледа спектралните линии на елементите, но експериментите му започнаха да не работят много добре.

В същото време японският физик Хатаро Нагаокапризна, че атомът е подобен на планетата Сатурн: предполага се, че се състои от ядро ​​с положителен заряд и електрони, които се въртят около него. Но неговият модел на атома не беше напълно правилен.

През 1911 г. ученият Ръдърфордизложи друга хипотеза за структурата на атома. Резултатът от неговите хипотези беше зашеметяващ: сега в съвременна наукаразчитат много на откритието на този физик.

През 1913г Нилс Боризложи полукласическа теория за структурата на атома, базирана на трудовете на Ръдърфорд.

Създаване на модела на Ръдърфорд на атома

Нека да разгледаме този модел, защото той описва подробно някои от свойствата на атома. Както беше посочено по-рано, Ърнест Ръдърфорд, "бащата" на ядрената физика, започна да работи върху модел на атома през 1911 г. Физикът започна да получава желания резултат, когато започна да опровергава модела на атома на Томсън. На помощ на учения се притекъл експериментът с алфа-разсейване на частици на Гайгер и Марсдън. Ученият предполага, че атомът има много малко положително заредено ядро. Тези аргументи помогнаха за създаването на модел на атома, който е подобен на слънчевата система, поради което получи името "Планетарен модел на атома".

В центъра на атома е ядрото, което съдържа почти цялата маса на атома и има положителен заряд. Ядрото се състои от протони и неутрони. протони - елементарни частицис положителен заряд, а неутроните са елементарни частици, които нямат заряд. Електроните се въртят около ядрото, подобно на планетите в Слънчевата система.

Съвременните хора постоянно чуват фрази, които съдържат производни на думата „атом“. Това е енергия, електроцентрала, бомба. Някои го приемат за даденост, а някои задават въпроса: „Какво е атом?“

Какво означава тази дума?

Има древногръцки корени. Идва от "atomos", което в буквален преводозначава "неразрязан".

Някой, който вече е запознат донякъде с физиката на атома, ще се възмути: „Как се състои от някакви частици!“ Работата е там, че името се появи, когато учените все още не знаеха, че атомите не са най-малките частици.

След експериментално доказателство на този факт беше решено да не се променя обичайното име. И през 1860 г. „атом“ започва да се нарича най-малката частица, която има всички свойства на химичния елемент, към който принадлежи.

Какво е по-голямо от атом и по-малко от него?

Молекулата винаги е по-голяма. Образува се от няколко атома и е най-малката частица материя.

Но по-малките са елементарни частици. Например електрони и протони, неутрони и кварки. Има много от тях.

За него вече е казано много. Но все още не е много ясно какво е атом.

какъв е той

Въпросът как да се представи модел на атом отдавна занимава учените. Днес е приета предложената от Е. Ръдърфорд и финализирана от Н. Бор. Според него атомът се разделя на две части: ядро ​​и електронен облак.

По-голямата част от масата на атома е концентрирана в неговия център. Ядрото се състои от неутрони и протони. А електроните в атома са разположени на доста голямо разстояние от центъра. Оказва се нещо подобно на слънчевата система. В центъра, подобно на Слънцето, има ядро, а електроните се въртят около него по своите орбити, като планети. Ето защо моделът често се нарича планетарен.

Интересното е, че ядрото и електроните заемат много малко място в сравнение с габаритни размериатом. Оказва се, че в центъра има малко ядро. След това празнота. Много голяма празнота. И след това тясна ивица от малки електрони.

Учените не стигнаха веднага до този модел на атомите. Преди това бяха направени много предположения, които бяха опровергани от експерименти.

Една от тези идеи беше да се представи атомът като твърдо тяло, което има положителен заряд. И беше предложено да се поставят електрони в атом в това тяло. Тази идея е представена от Дж. Томсън. Неговият модел на атома е наричан още "Пудинг със стафиди". Моделът много приличаше на този съд.

Но беше несъстоятелно, защото не можеше да обясни някои от свойствата на атома. Затова е била отхвърлена.

Японският учен Х. Нагаока, попитан какво е атом, предложи такъв модел. Според него тази частица има смътна прилика с планетата Сатурн. В центъра има ядро, а електроните се въртят около него по орбити, свързани в пръстен. Въпреки че моделът не беше приет, някои от неговите разпоредби бяха използвани в планетарната диаграма.

За числата, свързани с атома

Първо, за физическите величини. Общият заряд на атома винаги е нула. Това се дължи на факта, че броят на електроните и протоните в него е еднакъв. И зарядът им е еднакъв по големина и има противоположни знаци.

Често възникват ситуации, когато атомът губи електрони или, обратно, привлича допълнителни. В такива ситуации казват, че е станал йон. И неговият заряд зависи от това какво се е случило с електроните. Ако техният брой намалее, зарядът на йона е положителен. Когато има повече електрони от необходимото, йонът става отрицателен.

Сега за химията. Тази наука, като никоя друга, дава най-доброто разбиране за това какво е атом. В крайна сметка дори основната таблица, която се изучава в нея, се основава на това, че атомите са разположени в нея в определен ред. Говорим за периодичната таблица.

При него на всеки елемент се присвоява определено число, което се свързва с броя на протоните в ядрото. Обикновено се обозначава с буквата z.

Следващата стойност е масовото число. То е равно на сумата от протони и неутрони, намиращи се в ядрото на атома. Обикновено се обозначава с буквата А.

Двете посочени числа са свързани едно с друго чрез следното уравнение:

A = z + N.

Тук N е броят на неутроните в атомното ядро.

Друго важно количество е масата на атома. За измерването му е въведена специална стойност. Съкратено е: а.е.м. И се чете като единица за атомна маса. Въз основа на тази единица трите частици, които изграждат всички атоми на Вселената, имат маси:

Тези стойности често са необходими при решаване на химически проблеми.

Вземете всеки предмет, добре, поне лъжица. Остави го - лежи спокойно, не мърда. Докосни го - студен, неподвижен метал.

Но в действителност лъжицата, както всичко около нас, се състои от малки частици - атоми, с големи празнини между тях. Частиците непрекъснато се люлеят и осцилират.

Защо лъжицата е твърда, ако атомите в нея са разположени свободно и се движат през цялото време? Факт е, че те са, така да се каже, здраво свързани един с друг от специални сили. И пролуките между тях, макар и много по-големи от самите атоми, все още са незначителни и ние не можем да ги забележим.

Атомите са различни – в природата има 92 вида атоми. Всичко в света е изградено от тях, точно както от 32 букви - всички думи на руския език. Учените са създали други 12 вида атоми изкуствено в свои собствени.

Хората знаят за съществуването на атомите отдавна. Преди повече от две хиляди години в древна ГърцияЖивял е един велик учен Демокрит, който вярвал, че целият свят се състои от малки частици. Той ги нарече „atomos“, което на гръцки означава „неделими“.

Отне много време на учените да докажат, че атомите наистина съществуват. Това се случи в края на миналия век. И тогава се оказа, че самото им име е грешка. Те не са неделими: атомът се състои от още по-малки частици. Учените ги наричат ​​елементарни частици.

Ето художник, който рисува атом. В средата е ядрото, около което като планети около Слънцето се движат мънички топчета - . Ядрото също не е твърдо. Състои се от ядрени частици - протони и неутрони.

Това си помислихме съвсем наскоро. Но тогава стана ясно, че атомните частици не са като топки. Оказа се, че атомът е устроен по специален начин. Ако се опитате да си представите как изглеждат частиците, можете да кажете, че електронът е като облак. Такива облаци обграждат ядрото на слоеве. И ядрените частици също са вид облаци.

U различни сортовеатоми различни количестваелектрони, протони, неутрони. От това зависят свойствата на атомите.

Лесно е да се раздели атом. Електроните лесно се отделят от ядрата и оловото независим живот. например, електрически токв проводник е движението на такива независими електрони.

Но ядрото е изключително силно. Протоните и неутроните в него са здраво свързани от специални сили. Следователно е много трудно да се счупи ядрото. Но хората се научиха да го правят и го получиха. Научихме се да променяме броя на частиците в ядрото и по този начин да трансформираме едни атоми в други и дори да създаваме нови атоми.

Изучаването на атома е трудно: учените изискват изключителна изобретателност и находчивост. В края на краищата дори размерът му е трудно да си представим: в един невидим за окото микроб има милиарди атоми, повече от хората на Земята. И все пак учените постигат целта си, те успяха да измерят и сравнят теглата на всички атоми и частиците, които изграждат атом, те откриха, че протон или неутрон е почти две хиляди пъти по-масивен от електрон, те откриха и продължават да откриват много други атомни тайни.