Структурата на атома. Енергийните нива на атома. Протони, неутрони, електрони

Името "атом" се превежда от гръцки като "неделимо". Навсякъде около нас - твърди, течни и въздушни - са изградени от милиарди от тези частици.

Появата на версията за атома

За пръв път атомите стават известни през 5-ти век пр.н.е., когато гръцкият философ Демокрит предполага, че материята се състои от движещи се малки частици. Но тогава нямаше начин да се провери версията на тяхното съществуване. И макар че никой не можеше да види тези частици, идеята бе обсъдена, защото само учените можеха да обяснят процесите, протичащи в реалния свят. Затова те вярваха в съществуването на микрочастици много преди времето, когато те бяха в състояние да докажат този факт.

Само през XIX век. те започнаха да се анализират като най-малките компоненти на химическите елементи, които имат специфични свойства на атомите - способността да се съединяват с други в стриктно предписано количество. В началото на ХХ век се вярваше, че атомите са минималните частици на материята, докато не се докаже, че те се състоят от още по-малки единици.

Какъв е химическият елемент на?

Атомът на химически елемент е микроскопичен градивен елемент на материята. Определящият фактор за тази микрочастица е молекулната маса на атома. Само откриването на периодичния закон на Менделеев оправдава, че техният вид представлява различни форми на една единствена материя. Те са толкова малки, че не могат да се видят с помощта на конвенционални микроскопи, а само най-мощните електронни устройства. За сравнение косата на ръката на мъжа е милион пъти по-широка.

Електронната структура на атома има ядро, състоящо се от неутрони и протони, както и електрони, които се въртят около центъра в постоянни орбити, като планети около звездите си. Всички те са закрепени чрез електромагнитна сила, една от четирите основни във вселената. Неутроните са частици с неутрален заряд, протоните са положителни, а електроните - отрицателни. Последните са привлечени от положително заредени протони, така че те са склонни да останат на орбита.

Структурата на атома

В централната част има ядро, което запълва минималната част от целия атом. Но изследванията показват, че почти цялата маса (99.9%) се намира точно в нея. Всеки атом съдържа протони, неутрони, електрони. Броят на въртящите се електрони в него се равнява на положителния централен заряд. Частиците със същия заряд на ядрото Z, но различна атомна маса А и броят на неутроните в ядрото N се наричат ​​изотопи, но със същите А и различни Z и N isobars. Електронът е минималната частица от материята с отрицателен електрически заряд e = 1,6 мм-10-19 висулка. Йонният заряд определя количеството изгубени или добавени електрони. Процесът на метаморфоза на неутрален атом в зареден йон се нарича йонизация.

Нова версия на атомния модел

Физиците са открили до момента много други елементарни частици. Електронната структура на атома има нова версия.

Смята се, че протоните и неутроните, независимо колко малки са те, се състоят от най-малките частици, наречени кварки. Те представляват нов модел за изграждане на атом. Тъй като по-ранните учени събират доказателства за съществуването на предишния модел, днес те се опитват да докажат наличието на кварки.

RTM - устройството на бъдещето

Съвременните учени могат да видят атомните частици на материята на монитора на компютъра и да ги преместят на повърхността, като използват специален инструмент, наречен сканиращ тунелен микроскоп (RTM).

Това е компютъризирана Инструмент с върха, който се движи много предпазливо близо до повърхността на материала. Когато върхът се движи, електроните се движат през пролуката между върха и повърхността. Въпреки че материалът изглежда напълно гладък, всъщност той е неравномерен на атомно ниво. Компютърът прави карта на повърхността на веществото, създавайки образа на неговите частици, и учените по този начин могат да видят свойствата на атома.

Радиоактивни частици

Отрицателно заредените йони циркулират около ядрото на достатъчно голямо разстояние. Структурата на атома е такава, че цялото е наистина неутрално и няма електрически заряд, защото всичките му частици (протони, неутрони, електрони) са в равновесие.

Радиоактивният атом е елемент, който лесно може да бъде разбит. Неговият център се състои от много протони и неутрони. Изключението е само диаграма на водородния атом, който има един протон. Ядрото е заобиколено от облак от електрони, а привличането им прави това да се върти около центъра. Протоните се отблъскват помежду си със същото зареждане.

Това не е проблем за повечето малки частици, които имат няколко. Но някои от тях са нестабилни, особено за големи, като уран, който има 92 протона. Понякога центърът му не е такъв. Те се наричат ​​радиоактивни, защото хвърлят няколко частици от ядрото си. След като нестабилното ядро ​​се отърва от протоните, останалите формират нова дъщеря. Тя може да бъде стабилна в зависимост от броя на протоните в ново ядро ​​и може да бъде разделена допълнително. Този процес продължава, докато няма стабилно ядро ​​на детето.

Свойства на атомите

Физико-химичните свойства на един атом естествено се различават от един елемент в друг. Те се определят от следните основни параметри.

Атомна маса. Тъй като основното място на микрочастицата е заета от протони и неутрони, сумата от тях се определя от броя, изразен в единици атомна маса (amu).

Атомно радиус. Радиусът зависи от местоположението на елемента в системата на Менделеев, химическата връзка, броя съседни атоми и кванто-механичния ефект. Радиусът на ядрото е сто хиляди пъти по-малък от радиуса на самия елемент. Структурата на един атом може да загуби електрони и да се превърне в положителен йон или да добави електрони и да стане отрицателен йон.

В периодична система Менделеев заема своето място всеки химичен елемент. В таблицата размерът на атома се увеличава, когато се движи от горе на долу и намалява при преместване от ляво на дясно. След това най-малкият елемент е хелий, а най-големият елемент е цезият.

Valence. Външната електронна обвивка на атома се нарича валентност, а електроните в него са подходящо наречени валентни електрони. Техният брой определя как атомът се комбинира с останалата част чрез химическо свързване. Методът за създаване на последните микрочастици се опитва да запълни техните външни валентни черупки.

Гравитацията, привличането е сила, която държи планетите в орбита, поради което предмети, освободени от ръцете, падат на пода. Човек повече отбелязва гравитацията, но електромагнитното действие е многократно по-мощно. Силата, която привлича (или отблъсква) заредените частици в един атом е 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 пъти по-мощна от гравитацията в нея. Но в центъра на ядрото има още по-мощна сила, способна да държи заедно протони и неутрони.

Реакциите в ядрата създават енергия и в двата ядрени реактора, където атомите са разделени. Колкото по-тежък е елементът, толкова повече атоми са изградени от повече частици. Ако добавим общия брой протони и неутрони в елемента, ние знаем неговата маса. Например Уран, най-тежкият наличен елемент в природата, има атомна маса от 235 или 238.

Делене на атом в нивата

Енергийни нива атом е размерът на пространството около ядрото, където електронът е в движение. Общо има 7 орбита, съответстващи на броя периоди в периодичната таблица. Колкото по-отдалечено е разположението на електрона от ядрото, толкова по-значим енергиен резерв притежава. Номерът на периода показва номера атомни орбитали около нейното ядро. Например, калият е елемент от 4-ия период, така че той има 4 енергийните нива на атома. Броят на химичния елемент съответства на заряда му и броя на електроните около ядрото.

Атом - източникът на енергия

Вероятно най-известната научна формула е открита от немския физик Айнщайн. Тя твърди, че масата не е нищо повече от форма на енергия. Въз основа на тази теория можете да превърнете материята в енергия и да изчислите по формулата колко може да бъде получена. Първият практически резултат от тази трансформация са атомните бомби, които първо бяха тествани в пустинята Лос Аламос (САЩ) и след това избухнаха над японските градове. И макар че само седмата част от експлозията се превърна в енергия, разрушителната сила на атомната бомба беше ужасна.

За да може ядрото да освободи енергията си, то трябва да се срине. За да го разделим, е необходимо да действаме навън от неутрона. Тогава ядрото се разпада на две други, по-леки, като същевременно се гарантира огромно освобождаване на енергия. Разпадането води до освобождаването на други неутрони и те продължават да разцепват други ядра. Процесът се превръща в верижна реакция, което води до огромно количество енергия.

Плюсове и минуси от използването на ядрената реакция в наше време

Разрушителната сила, която се освобождава в трансформацията на материята, човечеството се опитва да опитоми атомните електроцентрали. Тук ядрената реакция не се осъществява под формата на експлозия, а като постепенно връщане на топлина.

Производството на ядрена енергия има своите плюсове и минуси. Според учените, за да се запази цивилизацията ни на високо ниво, е необходимо да се използва този огромен източник на енергия. Но трябва да се има предвид, че дори най-модерните разработки не могат да гарантират пълната безопасност на атомните електроцентрали. В допълнение, получени в процеса на производство на енергия радиоактивни отпадъци с неправилно съхранение може да засегне нашите потомци от десетки хиляди години.

След аварията в Чернобил все повече хора смятат, че производството на ядрена енергия е много опасно за човечеството. Единствената безопасна електроцентрала от този тип е Слънцето с ядрената си енергия с огромна мощност. Учените развиват всички видове модели на слънчеви клетки и може би в близко бъдеще човечеството ще може да си осигури безопасна ядрена енергия.