Atomens struktur. Atomenerginivåerna. Protoner, neutroner, elektroner

Namnet "atom" är översatt från grekiska som "odelbart". Allt omkring oss - fasta ämnen, vätskor och luft - är byggda av miljarder av dessa partiklar.

Utseendet på versionen om atomen

För första gången blev atomer kända under 5: e århundradet f.Kr., när den grekiska filosofen Democritus föreslog att materia består av att flytta småpartiklar. Men då var det inte möjligt att verifiera versionen av deras existens. Och även om ingen kunde se dessa partiklar diskuterades idén, för bara så kunde forskare förklara de processer som äger rum i den verkliga världen. Därför trodde de på förekomsten av mikropartiklar långt före den tid då de kunde bevisa detta faktum.

Bara i XIX-talet. De började analyseras som de minsta komponenterna i kemiska element, som har specifika egenskaper hos atomer - förmågan att ansluta sig till andra i en sträng föreskriven mängd. I början av XX-talet troddes att atomer är de minsta partiklarna av materia, tills det visades att de består av ännu mindre enheter.

Vad består det kemiska elementet av?

Atomen i ett kemiskt element är ett mikroskopiskt byggnadsblock av materia. Den bestämande faktorn för denna mikropartikel är atomens molekylmassa. Endast upptäckten av Mendeleevs periodiska lag motiverade att deras arter representerar olika former av en enda fråga. De är så små att de inte kan ses med konventionella mikroskop, bara de kraftfullaste elektroniska enheterna. För jämförelse är håret på mansidan en miljon gånger större.

Den elektroniska strukturen hos atomen har en kärna bestående av neutroner och protoner, liksom elektroner som kretsar kring mitten i permanenta banor, som planeter runt sina stjärnor. Alla är säkrade av elektromagnetisk kraft, en av de fyra huvud i universum. Neutroner är partiklar med neutral laddning, protoner är positiva och elektroner - negativa. De senare lockas till positivt laddade protoner, så det är vanligt att de förbli i omlopp.

Atomens struktur

I den centrala delen finns en kärna som fyller den minsta delen av hela atomen. Men forskning visar att nästan hela massan (99,9%) ligger exakt i den. Varje atom innehåller protoner, neutroner, elektroner. Antalet roterande elektroner i det är lika med den positiva centralladdningen. Partiklar med samma laddning av kärnan Z men olika atommassa A och antalet neutroner i kärnan N kallas isotoper men med samma A och olika Z- och N-isobar. Elektron är minsta partikel av materia med negativ elektrisk laddning e = 1,6 · 10-19 coulomb. Jonladdningen bestämmer mängden förlorade eller tillsatta elektroner. Processen med metamorfos av en neutral atom i en laddad jon kallas jonisering.

Ny version av atommodellen

Fysiker har hittills upptäckt många andra elementära partiklar. Den elektroniska strukturen hos atomen har en ny version.

Man tror att protoner och neutroner, oavsett hur små de är, består av de minsta partiklarna, kallade kvarker. De utgör en ny modell för att bygga en atom. Som tidigare forskare samlade bevis för existensen av den tidigare modellen, så idag försöker de bevisa förekomsten av kvarker.

RTM - framtida enhet

Moderna forskare kan se atomära partiklar av materia på en dataskärm, och även flytta dem på ytan med hjälp av ett specialverktyg som kallas ett scanningstunnelmikroskop (RTM).

инструмент с наконечником, который очень осторожно движется возле поверхности материала. Det är ett datoriserat verktyg med ett tips som rör sig mycket försiktigt nära materialets yta. När spetsen rör sig rör sig elektronerna genom gapet mellan spetsen och ytan. Även om materialet ser helt slät ut, är det faktiskt ojämnt på atomnivå. Datorn gör en karta över substansens yta, skapar en bild av dess partiklar, och forskare kan sålunda se atomernas egenskaper.

Radioaktiva partiklar

Negativt laddade joner cirkulerar runt kärnan på ett tillräckligt stort avstånd. Atomen är sådan att hela atomen är väldigt neutral och inte har en elektrisk laddning, eftersom alla dess partiklar (protoner, neutroner, elektroner) är i balans.

En radioaktiv atom är ett element som lätt kan brytas ner. Dess centrum består av många protoner och neutroner. Undantaget är bara ett diagram över väteatomen, som har en enda proton. Kärnan är omgiven av ett elektronmoln, det är deras attraktion som gör att de roterar runt i mitten. Protoner stöter på varandra med samma laddning.

Detta är inte ett problem för de flesta små partiklar som har flera. Men några av dem är instabila, särskilt stora, som uran, som har 92 protoner. Ibland står hans centrum inte för en sådan belastning. De kallas radioaktiva eftersom de slänger flera partiklar ur sin kärna. Efter att den instabila kärnan blev av med protonen bildar resten en ny dotter. Det kan vara stabilt beroende på antalet protoner i en ny kärna och kan delas vidare. Denna process varar tills det finns en stabil barnkärna.

Egenskaper hos atomer

De fysikalisk-kemiska egenskaperna hos en atom varierar naturligt från ett element till ett annat. De bestäms av följande grundläggande parametrar.

Atommassa. Eftersom mikropartikelns huvudplats upptas av protoner och neutroner bestäms summan av antalet uttryckta i atommassanheter (amu). Formel: A = Z + N.

Atomradie. Radien beror på elementets placering i Mendeleyev-systemet, den kemiska bindningen, antalet närliggande atomer och den kvantmekaniska verkan. Kärnans radie är ett hundra tusen gånger mindre än själva elementets radie. Strukturen hos en atom kan förlora elektroner och bli en positiv jon eller lägga till elektroner och bli en negativ jon.

I det periodiska systemet Mendeleev upptar varje kemiskt element sin etablerade plats. I tabellen ökar atomens storlek när den flyttas från topp till botten och minskar när man flyttar från vänster till höger. Efter detta är det minsta elementet helium, och det största elementet är cesium.

Valence. Det yttre elektroniska skalet hos en atom kallas valens, och elektronerna i det heter lämpligt valenselektroner. Deras antal bestämmer hur en atom kombinerar med resten genom kemisk bindning. Metoden för att skapa de senare mikropartiklarna försöker fylla sina yttre valensskal.

Gravitation, attraktion är en kraft som håller planeter i omlopp, på grund av det faller föremål som släpps från händerna till golvet. Personen märker tyngdkraften mer, men den elektromagnetiska åtgärden är många gånger kraftfullare. Den kraft som lockar (eller stöter bort) laddade partiklar i en atom är 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 gånger kraftigare än gravitationen i den. Men i mitten av kärnan finns en ännu kraftfullare kraft som kan hålla protoner och neutroner tillsammans.

Reaktioner i kärnor skapar energi i båda kärnreaktorerna, där atomerna är delade. Ju tyngre elementet, desto mer av dess atomer är byggda från fler partiklar. Om vi lägger till det totala antalet protoner och neutroner i elementet, vet vi dess massa. Uranus, det tyngsta elementet som finns tillgängligt i naturen, har till exempel en atomvikt på 235 eller 238.

Klyvning av en atom i nivåer

En atoms energinivåer är storleken på utrymmet runt kärnan, där en elektron är i rörelse. Totalt finns det 7 orbital som motsvarar antalet perioder i det periodiska tabellen. Ju längre avstånd elektronen från kärnan, desto mer betydande energireserver äger den. Periodnumret anger antalet atomära orbital runt kärnan. Till exempel är kalium ett element i den 4: e perioden, det har därför 4 energinivåer av atomen. Antalet kemiskt element motsvarar dess laddning och antalet elektroner runt kärnan.

Atom - energikällan

Förmodligen upptäcktes den mest kända vetenskapliga formeln av den tyska fysikern Einstein. Hon argumenterar för att massan är inget annat än en form av energi. Baserat på denna teori kan du vända dig till energi och beräkna med formeln hur mycket det kan erhållas. Det första praktiska resultatet av denna omvandling var atombomberna, som först testades i Los Alamos (USA) öknen och exploderade sedan över japanska städer. Och även om endast den sjunde delen av sprängämnet blev energi, var atomkraftens destruktiva kraft hemskt.

För att kärnan ska släppa sin energi måste den kollapsa. För att dela upp det är det nödvändigt att agera på neutronen utanför. Sedan bryter kärnan upp i två andra, lättare, samtidigt som den ger en enorm energifrisättning. Förfall leder till frisättning av andra neutroner, och de fortsätter att dela upp andra kärnor. Processen blir en kedjereaktion, vilket resulterar i en stor mängd energi.

Fördelar och nackdelar med att använda kärnreaktion i vår tid

Den förstörande kraft som befrias av materiens omvandling, mänskligheten försöker tämja på kärnkraftverk. Här sker inte kärnreaktionen i form av en explosion, men som en gradvis återgång av värme.

Produktionen av kärnenergi har sina fördelar och nackdelar. Enligt forskare är det nödvändigt att använda denna enorma energikälla för att behålla vår civilisation på en hög nivå. Men det bör också beaktas att även den mest avancerade utvecklingen inte kan garantera fullständig säkerhet för kärnkraftverk. Dessutom kan radioaktivt avfall som tas emot i processen med energiproduktion vid felaktig lagring påverka våra efterkommande i tiotusentals år.

Efter tjernobylolyckan anser fler och fler människor att produktionen av kärnenergi är mycket farlig för mänskligheten. Det enda säkra kraftverket av detta slag är solen med sin kärnkraft av enorm kraft. Forskare utvecklar alla slags modeller av solceller, och kanske inom en snar framtid kommer mänskligheten att kunna försörja sig med säker kärnenergi.