Kas Ir Atoms?

{h1}

Atomi ir matērijas pamatvienības. Tos veido trīs daļiņas: protoni, neitroni un elektroni. Atoma, kodola, protona, neitrona, elektronu un izotopu definīcija.

Berilija atoma uzbūve: četri protoni, četri neitroni un četri elektroni.

Berilija atoma uzbūve: četri protoni, četri neitroni un četri elektroni.

Kredīts: general-fmv Shutterstock

Atomi ir matērijas pamatvienības un elementu struktūra. Termins “atoms” cēlies no grieķu vārda nedalāms, jo kādreiz domāja, ka atomi ir mazākās lietas Visumā un tos nevar sadalīt. Tagad mēs zinām, ka atomus veido trīs daļiņas: protoni, neitroni un elektroni - kas sastāv no vēl mazākām daļiņām, piemēram, kvarkiem.

Atomi tika izveidoti pēc Lielā sprādziena pirms 13,7 miljardiem gadu. Atdziestot karstajam, blīvajam jaunajam visumam, apstākļi kļuva piemēroti kvarku un elektronu veidošanai. Kvarki sanāca kopā, veidojot protonus un neitronus, un šīs daļiņas apvienojās kodolos. Saskaņā ar CERN tas viss notika dažās pirmajās Visuma pastāvēšanas minūtēs.

Pagāja 380 000 gadu, kamēr Visums pietiekami atdzisa, lai palēninātu elektronus, lai kodoli varētu tos uztvert, veidojot pirmos atomus. Agrākie atomi galvenokārt bija ūdeņradis un hēlijs, kas joprojām ir visbagātākie elementi Visumā. Gravitācija galu galā izraisīja gāzes mākoņu salipšanu un zvaigznīšu veidošanos, un smagākie atomi tika (un joprojām ir) izveidoti zvaigznēs un nosūtīti visā Visumā, kad zvaigzne eksplodēja (supernova).

Atomu daļiņas

Protoni un neitroni ir smagāki par elektroniem un atrodas kodolā atoma centrā. Elektroni ir ārkārtīgi viegli un eksistē mākoņā, kas riņķo ap kodolu. Elektronu mākoņa rādiuss ir 10 000 reizes lielāks nekā kodols.

Protoniem un neitroniem ir aptuveni vienāda masa. Tomēr viens protons sver vairāk nekā 1800 elektronus. Atomiem vienmēr ir vienāds protonu un elektronu skaits, un arī protonu un neitronu skaits parasti ir vienāds. Pievienojot protonu atomam, tiek iegūts jauns elements, savukārt neitrona pievienošana rada šī atoma izotopu vai smagāku versiju.

Kodols

Kodolu 1911. gadā atklāja Ernests Rutherfords, fiziķis no Jaunzēlandes, kurš 1920. gadā ierosināja nosaukuma protonu pozitīvi lādētām atoma daļiņām. Rutherfords arī teorēja, ka kodolā ir arī neitrālas daļiņas, ko britu fiziķis un Rutherforda students Džeimss Čadviks spēja apstiprināt 1932. gadā.

Praktiski visa atoma masa atrodas kodolā. Saskaņā ar Lawrence Berkeley Nacionālās laboratorijas datiem protoniem un neitroniem, kas veido kodolu, ir aptuveni vienāda masa (protonu ir nedaudz mazāk) un tiem ir vienāds leņķiskais impulss.

Kodolu tur kopā "spēcīgais spēks", kas ir viens no četriem dabā sastopamajiem pamata spēkiem. Šis spēks starp protoniem un neitroniem pārvar atgrūdošo elektrisko spēku, kas saskaņā ar elektrības likumiem protonus citādi izstumj. Daži atomu kodoli ir nestabili, jo saistīšanās spēks dažādiem atomiem mainās atkarībā no kodola lieluma. Pēc tam šie atomi sadalīsies citos elementos, piemēram, ogleklis-14, sadaloties slāpeklī-14.

Protoni

Protoni ir pozitīvi lādētas daļiņas, kas atrodamas atomu kodolos. Rutherfords tos atklāja eksperimentos ar katodstaru lampām, kas tika veikti no 1911. līdz 1919. gadam. Protonu masa ir nedaudz mazāka nekā neitronu ar relatīvo masu 0,9986 (salīdzinot ar neitronu masu 1) vai aptuveni 1,673x10.-27 Kilograms.

Protonu skaits atomā nosaka, kāds elements tas ir. Piemēram, oglekļa atomiem ir seši protoni, ūdeņraža atomiem ir viens un skābekļa atomiem ir astoņi. Protonu skaitu atomā sauc par šī elementa atomu skaitu. Protonu skaits atomā nosaka arī elementa ķīmisko izturēšanos. Elementu periodiskā tabula sakārto elementus atomu skaita pieauguma secībā.

Trīs kvarki veido katru protonu - divus "augšu" kvarkus (katrs ar 2/3 pozitīvu lādiņu) un vienu "uz leju" kvarku (ar 1/3 negatīvu lādiņu) - un tos tur kopā ar citām subatomiskām daļiņām, ko sauc par gluoniem, kuras ir bezspēcīgas.

Elektroni

Elektroni ir niecīgi salīdzinājumā ar protoniem un neitroniem, vairāk nekā 1800 reizes mazāki par protonu vai neitronu. Elektronu relatīvā masa ir 0,0005439 (salīdzinājumā ar neitrona masu ir 1) vai aptuveni 9,109x10.-31 Kilograms.

J.J. Britu fiziķis Thomsons atklāja elektronu 1897. gadā. Sākotnēji tas bija pazīstams kā “asinsķermenīši”, elektroniem ir negatīvs lādiņš, un tos elektriski piesaista pozitīvi lādētie protoni. Elektroni ieskauj atomu kodolu ceļos, kurus sauc par orbitāli - ideju, ko 1920. gados izvirzīja Austrijas fiziķis Ervins Šrēdingers. Mūsdienās šo modeli sauc par kvantu modeli vai elektronu mākoņa modeli. Iekšējās orbītas, kas ieskauj atomu, ir sfēriskas, bet ārējās orbitāles ir daudz sarežģītākas.

Atoma elektronu konfigurācija ir orbitālais elektronu atrašanās vietas apraksts tipiskā atomā. Izmantojot elektronu konfigurāciju un fizikas principus, ķīmiķi var paredzēt atoma īpašības, piemēram, stabilitāti, viršanas temperatūru un vadītspēju.

Parasti ķīmijā ir nozīme tikai attālākajiem elektronu apvalkiem. Iekšējā elektronu apvalka apzīmējumu bieži saīsina, aizstājot garenvirziena orbītas aprakstu ar cēlgāzes simbolu iekavās. Šī notācijas metode ievērojami vienkāršo lielo molekulu aprakstu.

Piemēram, berilija (Be) elektronu konfigurācija ir 1s22s2, bet tas ir rakstīts [He] 2s2. [Viņš] ir līdzvērtīgs visiem elektronu orbitāļiem hēlija atomā. Burti, s, p, d un f apzīmē orbitāļu formu, un virsraksts norāda elektronu skaitu šajā orbītā. Kā vēl viens piemērs ir urāna elektronu konfigurācija 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66 s24e145d106p67s25f4, ko var vienkāršot līdz [RN] 7s25f4.

Neitroni

Neitronu izmanto kā salīdzinājumu, lai atrastu protonu un elektronu relatīvo masu (tā relatīvā masa ir 1), un tā fiziskā masa ir 1,6749x10.-27 Kilograms.

Neitronu esamību teorēja Rutherfords 1920. gadā un atklāja Čadviks 1932. gadā. Neitroni tika atrasti eksperimentu laikā, kad atomi tika nošauti uz plānas berilija loksnes. Tika izlaistas subatomiskās daļiņas bez lādiņa - neitrons.

Neitroni ir neuzlādētas daļiņas, kas atrodamas visos atomu kodolos (izņemot ūdeņradi-1). Neitronu masa ir nedaudz lielāka par protonu. Tāpat kā protoni, arī neitroni ir izgatavoti no kvarkiem - viena "augšu" kvarka (ar pozitīvu 2/3 lādiņu) un diviem "uz leju" kvarka (katrs ar negatīvu 1/3 lādiņu).

Izotopi

Neitronu skaits kodolā nosaka šī elementa izotopu. Piemēram, ūdeņradim ir trīs zināmi izotopi: protium, deitērijs un tritijs. Protium, kas simbolizēts kā 1H, ir tikai parasts ūdeņradis; tam ir viens protons un viens elektrons, un nav neitronu. Deitērijs (D vai 2H) ir viens protons, viens elektrons un viens neitrons. Tritijs (T vai 3H) ir viens protons, viens elektrons un divi neitroni.

Atoma vēsture

Atoma teorija aizsākusies vismaz 440 B.C. Grieķijas zinātniekam un filozofam Democritus. Demokrāts, visticamāk, balstījās uz savu atomu teoriju, balstoties uz pagātnes filozofu darbu, saskaņā ar Endrjū G. Van Melsenu, grāmatas “No Atomos līdz Atom: Atoma koncepcijas vēsture” autoru. Piemēram, Parmenides, Democritus skolotājs, ir pazīstams ar identitātes principa ierosināšanu. Šis princips, kas nosaka, ka "viss tas, kas kopā veido būtni", noveda pie citiem filozofiem, ieskaitot Democritus, viņa darbu tālāk, galu galā novedot pie atomu teorijas.

Democritus skaidrojums par atomu sākas ar akmeni. Uz pusēm sagriezts akmens dod divas viena un tā paša akmens puses. Ja akmens tiktu nepārtraukti sagriezts, tad kādā brīdī būtu akmens gabals, kas ir pietiekami mazs, lai to vairs nevarētu sagriezt. Termins “atoms” cēlies no grieķu valodas vārda nedalāms, pēc kura Democritus secinājumam jābūt tādam punktam, kurā būtni (jebkura veida matēriju) vairs nevar sadalīt. Viņa skaidrojumā tika iekļautas idejas, ka atomi eksistē atsevišķi viens no otra, ka ir bezgalīgs atomu daudzums, ka atomi spēj kustēties, ka tos var apvienot kopā, lai izveidotu matēriju, bet nesapludina, lai kļūtu par jaunu atomu, un ka tie nevar sadalīt. Tomēr, tā kā vairums filozofu tajā laikā - īpaši ļoti ietekmīgais Aristotelis - uzskatīja, ka visa matērija ir radīta no zemes, gaisa, uguns un ūdens, Democritus atomu teorija tika atlikta malā.

Džons Daltons, britu ķīmiķis, balstījās uz Democritus idejām 1803. gadā, kad viņš izvirzīja savu atomu teoriju, liecina Purdue universitātes ķīmijas katedra. Daltona teorija ietvēra vairākas Demokritusa idejas, piemēram, atomi ir nedalāmi un neiznīcināmi un ka dažādi atomi veidojas kopā, lai izveidotu visu matēriju. Daltona papildinājumi teorijā ietvēra idejas, ka visi noteikta elementa atomi ir identiski, ka viena elementa atomiem būs atšķirīgs svars un īpašības nekā cita elementa atomiem, ka atomus nevar izveidot vai iznīcināt un ka matēriju veido atomi apvienojot vienkāršos veselos skaitļos.

Thomson, britu fiziķis, kurš 1897. gadā atklāja elektronu, saskaņā ar Ķīmiskā mantojuma fonda datiem pierādīja, ka atomus faktiski var sadalīt. Pētot katodstaru lampu elektriskās izlādes īpašības, viņš varēja noteikt negatīvi lādētu daļiņu esamību. Saskaņā ar Thomsona 1897. gada papīra datiem stari tika novirzīti caurulē, kas pierādīja, ka vakuuma caurulē ir kaut kas negatīvi uzlādēts. 1899. gadā Thomsons publicēja savas atoma versijas aprakstu, kas parasti pazīstams kā “plūmju pudiņa modelis”, saskaņā ar Džora Hona un Bernarda R. Goldsteina 2013. gada rakstu, kas publicēts žurnālā Annalen der Physik. Thomsona atoma modelī bija iekļauts liels skaits elektronu, kas suspendēti kaut kas, kas radīja pozitīvu lādiņu, piešķirot atomam kopējo neitrālo lādiņu, kas atgādināja populāru britu desertu, kurā rozīnes bija suspendētas apaļā, kūka veida bumbiņā.

Nākamais zinātnieks, kurš vēl vairāk modificēja un progresēja atomu modeli, bija Rutherfords, kurš studēja Thomsonā, saskaņā ar Purdue universitātes ķīmijas nodaļu. 1911. gadā Rutherfords publicēja savu atoma versiju, kurā bija iekļauts pozitīvi lādēts kodols, kuru riņķo elektroni. Šis modelis radās, kad Rutherfords un viņa palīgi izšāva alfa daļiņas uz ļoti plānām zelta loksnēm. (Alfa daļiņa sastāv no diviem protoniem un diviem neitroniem, kurus visus tur viens un tas pats spēcīgais kodolspēks, kas saista jebkura atoma kodolu, saskaņā ar Džefersona laboratoriju.)

Zinātnieki pamanīja, ka neliels procents alfa daļiņu tika izkliedētas ļoti lielos leņķos pret sākotnējo kustības virzienu, kamēr lielākā daļa caur tām gāja cauri gandrīz netraucēti. Rutherfords spēja aptuveni noteikt zelta atoma kodola izmēru, secinot, ka tas ir vismaz 10 000 reizes mazāks nekā visa atoma lielums, un liela daļa atomu ir tukša. Rutherforda atoma modelis joprojām ir pamatmodelis, kas mūsdienās tiek izmantots, neskatoties uz tā ierobežojumiem.

Vairāki citi zinātnieki sekmēja atomu modeli, tai skaitā Niels Bohrs (būvēts pēc Rutherforda modeļa, lai iekļautu elektronu īpašības, kas balstītas uz ūdeņraža spektru), Ervins Šrēdingers (izstrādāja atoma kvantu modeli), Verners Heizenbergs (paziņoja, ka nevar zināt abus elektronu atrašanās vieta un ātrums vienlaicīgi) un Murray Gell-Mann un George Zweig (neatkarīgi izstrādāja teoriju, ka protoni un neitroni sastāv no kvarkiem).

Papildu ziņojumi: Rachel Ross, WordsSideKick.com Contributor

Papildu resursi

  • Džefersona laboratorija: kas ir atoms?
  • CERN: agrīnais Visums
  • Hanas akadēmija: atomu ķīmijas vēsture


Video Papildinājums: Just How Small is an Atom?.




Pētniecība


Kā Zeme Izskatās No Kosmosa Stacijas?
Kā Zeme Izskatās No Kosmosa Stacijas?

Zemei Skābekļa Bija Daudz Agrāk, Nekā Domāju
Zemei Skābekļa Bija Daudz Agrāk, Nekā Domāju

Zinātne Ziņas


Kā Urīns Varētu Palīdzēt Astronautiem Audzēt Ēdienu Kosmosā
Kā Urīns Varētu Palīdzēt Astronautiem Audzēt Ēdienu Kosmosā

Vingrojumi Uzlabo Depresiju Cilvēkiem Ar Parkinsona Slimību
Vingrojumi Uzlabo Depresiju Cilvēkiem Ar Parkinsona Slimību

Pārāk Daudz Laba Lieta? 7 Aizraujošas Izglītojošās Ipad Spēles
Pārāk Daudz Laba Lieta? 7 Aizraujošas Izglītojošās Ipad Spēles

Vai Ģeotermiskās Elektrostacijas Ir Drošas?
Vai Ģeotermiskās Elektrostacijas Ir Drošas?

Elpošanas Sistēma: Fakti, Funkcija Un Slimības
Elpošanas Sistēma: Fakti, Funkcija Un Slimības


LV.WordsSideKick.com
Visas Tiesības Aizsargātas!
Pavairošana Materiālu Atļauts Tikai Prostanovkoy Aktīvu Saiti Uz Vietni LV.WordsSideKick.com

© 2005–2020 LV.WordsSideKick.com