Mi az atom?
A kémia és a fizika területén az atom (a latin atomumból, és ez a görög ἄτομον-ből származik, részek nélkül; továbbá az "a" nem és "osztható atom" -ból származik; nem osztható) a kémiai elem legkisebb egysége amely megőrzi azonosságát vagy tulajdonságait, és hogy kémiai folyamatokkal nem lehet felosztani.
Sűrű magja az atom tömegének 99,9% -át teszi ki, és protonoknak és neutronoknak nevezett barionokból áll, körülötte egy elektronfelhő, amely - semleges atomban - megegyezik a protonok számával.
Az atom, mint az univerzum anyagát alkotó alapvető és oszthatatlan blokk fogalmát az ókori görög atomista iskola feltételezte. Létezését azonban csak a XIX. A magfizika fejlődésével a 20. században kiderült, hogy az atom kisebb részecskékre osztható.
Atomszerkezet.
Bár az "atom" jelentése "oszthatatlan", ma már ismert, hogy az atom kisebb részecskékből, az úgynevezett szubatomi részecskékből áll.
Az atom magja a központi része. Pozitív töltése van, és szinte teljes tömege benne koncentrálódik. Ugyanakkor az atom térfogatának nagyon kis részét foglalja el: sugara körülbelül tízezerszer kisebb. A mag protonokból és neutronokból áll.
A mag körül elektronok vannak, negatív töltésű részecskék és nagyon kicsi a tömegük a protonokhoz és neutronokhoz képest: körülbelül 0,05%. Elektronok találhatók a mag körül, az általuk kifejtett elektromágneses erő megköti őket, és az atom méretének nagy részét elfoglalják az úgynevezett elektronfelhőben.
A protonok és az elektronok közötti elektromos kölcsönhatások.
Rutherford kísérlete előtt a tudományos közösség elfogadta Thomson atommodelljét, amely helyzet Rutherford tapasztalatai után megváltozott. A későbbi modellek negatív töltésű felhővel körülvett, pozitív töltésű központi tömegű atomok szerkezetén alapulnak.
Az atom ilyen típusú szerkezete arra késztette Rutherfordot, hogy javaslatot tegyen modelljére, amelyben az elektronok a pálya körül mozognak a sejtmag körül. Ennek a modellnek nehézségei vannak abból a tényből fakadva, hogy egy felgyorsult töltésű részecske, amely a pályán maradáshoz szükséges lenne, elektromágneses sugárzást sugározna, energiát vesztve. Newton törvényei, valamint a Rutherford atomra alkalmazott Maxwell-féle elektromágnesességi egyenletek azt a tényt eredményezik, hogy 10–10 s nagyságrendű idő alatt az atom teljes energiája kisugárzott volna, aminek következtében az elektronok leestek a magon.
Elektronfelhő.
A mag körül olyan elektronok találhatók, amelyek elemi részecskék, negatív töltéssel egyenlő, és 9,10 × 10–31 kg tömegű
Az atomok alapállapotában lévő elektronok száma megegyezik a magban lévő protonok számával, vagyis az atomszámmal, tehát egy ilyen körülmények között lévő atom nettó elektromos töltése 0.
A nukleonokkal ellentétben az atom elveszítheti vagy megszerezheti egyes elektronjait anélkül, hogy módosítaná kémiai azonosságát, ionokká, részecskévé alakul, amelynek nettó töltése nem nulla.
Elhagyták azt a koncepciót, hogy az elektronok a mag körül műholdas pályákon helyezkednek el, a delokalizált vagy diffúz elektronfelhőnek az űrben való felfogása mellett, amely jobban reprezentálja az elektronok viselkedését, amelyet a kvantummechanika csak elektron valószínűségének sűrűségfüggvényeként ír le. a mag körüli véges térrészben.
Atomméretek.
Az atom tömegének legnagyobb része a magban koncentrálódik, protonokból és neutronokból áll, mindkettő nukleon néven ismert, amelyek 1836, illetve 1838-szor nehezebbek, mint az elektron.
Az atom pontos méretét vagy térfogatát nehéz kiszámítani, mivel az elektronfelhőknek nincs éles éle, de átmérőjük ésszerűen becsülhető 1,0586 × 10-10 m-re, ami kétszer akkora, mint az atom hidrogén Bohr-sugara. Ha ezt összehasonlítjuk a proton méretével, amely az egyetlen részecske, amely a hidrogénmagot alkotja, amely körülbelül 1 × 10-15, akkor látható, hogy egy atom magja körülbelül 100 000-szer kisebb, mint maga az atom, és mégis tömegének gyakorlatilag 100% -át koncentrálja.
Összehasonlításképpen: ha egy atom akkora lenne, mint egy stadion, akkor a mag akkora lenne, mint a közepén elhelyezett márvány, és az elektronok, mint a szél által fújt porszemcsék az ülések körül.
Az atommodell alakulása.
Az atom elképzelése a történelem folyamán a fizika és a kémia területén tett felfedezéseknek megfelelően változott. Ezután a különböző korszakok tudósai által javasolt atommodelleket mutatjuk be. Néhányuk teljesen elavult a jelenleg megfigyelt jelenségek magyarázatához, de történelmi áttekintésként szerepelnek benne.
Dalton modell.
Ez volt az első tudományos alapú atommodell, 1808-ban fogalmazta meg John Dalton, aki az atomokat apró gömböknek képzelte. Ez az első atommodell feltételezte:
Az anyag nagyon kicsi atomoknak nevezett részecskékből áll, amelyek oszthatatlanok és nem pusztíthatók el.
Ugyanazon elem atomjai egyenlők egymással, saját súlyuk és tulajdonságaik vannak. A különböző elemek atomjainak súlya különböző.
Az atomok osztatlanok maradnak, még akkor is, ha kémiai reakciókban egyesülnek.
Az atomok, amikor vegyületekké kombinálódnak, egyszerű kapcsolatokat tartanak fenn.
A különböző elemek atomjai különböző arányban egyesülhetnek, és több vegyületet képezhetnek.
A kémiai vegyületek két vagy több különböző elem atomjainak összekapcsolásával jönnek létre.
A Thomson modell előtt azonban eltűnt, mivel nem magyarázza meg a katódsugarakat, a radioaktivitást vagy az elektronok (e-) vagy protonok jelenlétét (p +).
Thomson modellje.
Miután Joseph John Thomson 1897-ben felfedezte az elektront, megállapították, hogy az anyag két részből áll, egy negatívból és egy pozitívból. A negatív rész elektronokból állt, amelyek e modell szerint pozitív töltés tömegébe merültek, mint a mazsola egy tortában (az angol szilva-puding modell analógiájából) vagy a szőlő zselében. Később Jean Perrin egy módosított modellt javasolt Thompson alapján, ahol a "mazsola" (elektron) a "torta" (a pozitív töltés) külsején volt.
Schrödinger modell.
Miután Louis-Victor de Broglie 1924-ben javasolta az anyag hullámtermészetét, amelyet Erwin Schrödinger 1926-ban általánosított, az atom modelljét ismét frissítették.
Schrödinger modelljében elvetik az elektron körüli elképzelést, mint apró töltött gömbök, amelyek a mag körül forognak, ami a makroszkopikus szintű tapasztalat extrapolációja az atom percdimenzióihoz. Ehelyett Schrödinger az elektronokat egy hullámfüggvény segítségével írja le, amelynek négyzete képviseli azok valószínűségét a tér egy korlátozott területén. Ezt a valószínűségi zónát orbitálisnak nevezik. Az alábbi grafikon a hidrogénatom első elérhető energiaszintjeinek pályáját mutatja.