La struttura dell'atomo. Livelli energetici dell'atomo. Protoni, neutroni, elettroni

Il nome "atom" è tradotto dal greco come "indivisibile". Tutto intorno a noi - solidi, liquidi e aria - sono fatti di miliardi di queste particelle.

L'aspetto della versione sull'atomo

Per la prima volta sugli atomi divenne noto nel V secolo primaDC, quando il filosofo greco Democrito suggerì che la materia consiste nel muovere piccole particelle. Ma poi non c'era modo di verificare la versione della loro esistenza. E sebbene nessuno potesse vedere queste particelle, l'idea è stata discussa, perché solo così gli scienziati potevano spiegare i processi che si svolgono nel mondo reale. Pertanto, credevano nell'esistenza di microparticelle molto prima del tempo in cui erano in grado di dimostrare questo fatto.

Solo nel XIX secolo. hanno cominciato ad essere analizzati come i componenti più piccoli di elementi chimici che hanno proprietà specifiche degli atomi - la capacità di unire composti con altri in una quantità strettamente prescritta. All'inizio del XX secolo si riteneva che gli atomi fossero le particelle minime della materia, finché non fu dimostrato che consistevano in unità ancora più piccole.

In cosa consiste l'elemento chimico?

L'atomo dell'elemento chimico è microscopicocostruire mattoni di materia. Il fattore determinante di questa microparticella è la massa molecolare dell'atomo. Solo la scoperta della legge periodica di Mendeleev giustificava che le loro specie rappresentassero varie forme di una sola materia. Sono così piccoli che non possono essere visti usando i microscopi convenzionali, solo i più potenti dispositivi elettronici. Per fare un confronto, i capelli sulla mano dell'uomo sono un milione di volte più ampi.

La struttura elettronica di un atomo ha un nucleo costituito dada neutroni e protoni, così come elettroni che fanno rivoluzioni attorno al centro in orbite permanenti, come pianeti attorno alle loro stelle. Tutti sono fissati da una forza elettromagnetica, una delle quattro principali nell'universo. I neutroni sono particelle con una carica neutra, i protoni sono positivi e gli elettroni - negativi. Questi ultimi sono attratti dai protoni caricati positivamente, quindi tendono a rimanere in orbita.

La struttura dell'atomo

Nella parte centrale c'è un riempimento di basela parte minima di tutto l'atomo. Ma la ricerca mostra che quasi l'intera massa (99,9%) si trova esattamente al suo interno. Ogni atomo contiene protoni, neutroni, elettroni. Il numero di elettroni rotanti in esso è uguale alla carica centrale positiva. Le particelle con la stessa carica del nucleo Z, ma la diversa massa atomica A e il numero di neutroni nel nucleo N sono chiamati isotopi, ma con la stessa A e diverse isobare Z e N. L'elettrone è la minima particella di materia con una carica elettrica negativa e = 1,6 · 10-19 coulomb. La carica ionica determina la quantità di elettroni persi o aggiunti. Il processo di metamorfosi di un atomo neutro in uno ione caricato si chiama ionizzazione.

Nuova versione del modello atomico

I fisici hanno scoperto di datare molte altre particelle elementari. La struttura elettronica dell'atomo ha una nuova versione.

Si crede che protoni e neutroni, non importa comenon erano piccoli, consistevano delle particelle più piccole, che sono chiamate quark. Costituiscono un nuovo modello per la costruzione di un atomo. Come prima gli scienziati hanno raccolto le prove dell'esistenza del modello precedente, così oggi cercano di dimostrare l'esistenza dei quark.

RTM: il dispositivo del futuro

Gli scienziati moderni possono vedere sul monitorcomputer, particelle atomiche della materia, e anche per spostarle sulla superficie, usando uno strumento speciale chiamato microscopio a scansione a effetto tunnel (RTM).

Questo è computerizzato strumento con una punta che è moltosi muove delicatamente vicino alla superficie del materiale. Quando la punta si muove, gli elettroni si muovono attraverso lo spazio tra la punta e la superficie. Anche se il materiale sembra completamente liscio, in realtà non è uniforme a livello atomico. Il computer crea una mappa della superficie della sostanza, creando un'immagine delle sue particelle, e gli scienziati, quindi, possono vedere le proprietà dell'atomo.

Particelle radioattive

Gli ioni caricati negativamente circolano attorno al nucleoa una distanza sufficientemente grande. La struttura dell'atomo è tale che il tutto è veramente neutro e non ha carica elettrica, perché tutte le sue particelle (protoni, neutroni, elettroni) sono in equilibrio.

Un atomo radioattivo è un elemento che può esserefacile da dividere. Il suo centro è costituito da molti protoni e neutroni. L'eccezione è solo un diagramma dell'atomo di idrogeno, che ha un singolo protone. Il nucleo è circondato da una nuvola di elettroni, è la loro attrazione che lo fa ruotare attorno al centro. I protoni si respingono a vicenda con la stessa carica.

Questo non è un problema per la maggior parte delle piccole particelle,in cui ce ne sono diversi. Ma alcuni di questi sono instabili, specialmente per quelli di grandi dimensioni, come l'uranio, che ha 92 protoni. A volte il suo centro non sopporta un tale carico. Sono chiamati radioattivi perché gettano parecchie particelle dal loro nucleo. Dopo che il nucleo instabile si è liberato dei protoni, il resto forma una nuova figlia. Può essere stabile a seconda del numero di protoni in un nuovo nucleo e può essere ulteriormente diviso. Questo processo dura fino a quando non esiste un kernel figlio stabile.

Proprietà degli atomi

Le proprietà fisico-chimiche di un atomo variano naturalmente da un elemento all'altro. Sono determinati dai seguenti parametri di base.

Massa atomica Poiché il posto principale della microparticella è occupato da protoni e neutroni, la loro somma è determinata dal numero espresso in unità di massa atomica (amu). Formula: A = Z + N.

Raggio atomico Il raggio dipende dalla posizione dell'elemento nel sistema Mendeleyev, dal legame chimico, dal numero di atomi vicini e dall'effetto quantomeccanico. Il raggio del nucleo è centomila volte inferiore al raggio dell'elemento stesso. La struttura di un atomo può perdere elettroni e trasformarsi in uno ione positivo o aggiungere elettroni e diventare uno ione negativo.

Nel sistema periodico di Mendeleev, qualsiasil'elemento chimico prende il suo posto. Nella tabella, la dimensione dell'atomo aumenta quando ci si sposta dall'alto verso il basso e diminuisce quando si sposta da sinistra a destra. In seguito, l'elemento più piccolo è l'elio e l'elemento più grande è il cesio.

Valence. Il guscio elettronico esterno di un atomo è chiamato valenza, e gli elettroni in esso sono appropriatamente denominati elettroni di valenza. Il loro numero determina come un atomo si combina con il resto per legame chimico. Il metodo per creare queste ultime microparticelle cerca di riempire i loro gusci di valenza esterni.

Gravitazione, l'attrazione è il potere che detienei pianeti in orbita, a causa di ciò, gli oggetti rilasciati dalle mani cadono sul pavimento. Una persona nota maggiormente la gravità, ma l'azione elettromagnetica è molte volte più potente. La forza che attira (o respinge) le particelle cariche in un atomo è di 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 di volte più potenti della gravità. Ma al centro del nucleo c'è una forza ancora più potente capace di tenere insieme protoni e neutroni.

Le reazioni producono energia nel nucleare nei nucleireattori, dove gli atomi sono divisi. Più è pesante l'elemento, più i suoi atomi sono costruiti da più particelle. Se aggiungiamo il numero totale di protoni e neutroni nell'elemento, ne conosciamo la massa. Ad esempio, Urano, l'elemento più pesante disponibile in natura, ha una massa atomica di 235 o 238.

Fissione di un atomo in livelli

I livelli di energia di un atomo sono la grandezzaspazio attorno al nucleo, dove l'elettrone è in movimento. In totale ci sono 7 orbitali corrispondenti al numero di periodi nella tavola periodica. Più è distante la posizione dell'elettrone dal nucleo, la riserva di energia più significativa che possiede. Il numero del periodo indica il numero di orbitali atomici attorno al suo nucleo. Ad esempio, il potassio è un elemento del 4 ° periodo, quindi ha 4 livelli di energia dell'atomo. Il numero di un elemento chimico corrisponde alla sua carica e il numero di elettroni attorno al nucleo.

Atomo: la fonte di energia

Probabilmente la formula scientifica più famosaE 'stato scoperto dal fisico tedesco Einstein. Sostiene che la massa non è altro che una forma di energia. Sulla base di questa teoria, puoi trasformare la materia in energia e calcolare dalla formula quanto può essere ottenuta. Il primo risultato pratico di questa trasformazione furono le bombe atomiche, che furono testate per la prima volta nel deserto di Los Alamos (USA), e poi esplose sulle città giapponesi. E anche se solo la settima parte dell'esplosivo si è trasformata in energia, la forza distruttiva della bomba atomica è stata terribile.

Perché il nucleo possa liberare la sua energia, essodeve essere distrutto Per dividerlo, è necessario agire sul neutrone all'esterno. Quindi il nucleo si divide in altri due, più leggeri, assicurando al tempo stesso un enorme rilascio di energia. Il decadimento porta al rilascio di altri neutroni e continuano a dividere altri nuclei. Il processo si trasforma in una reazione a catena, che genera un'enorme quantità di energia.

Pro e contro dell'uso della reazione nucleare nel nostro tempo

La forza distruttiva che viene liberata nella trasformazione della materia, l'umanità sta cercando di domare le centrali nucleari. Qui la reazione nucleare non ha luogo sotto forma di esplosione, ma come un graduale ritorno di calore.

La produzione di energia nucleare ha i suoi vantaggi econs. Secondo gli scienziati, per mantenere la nostra civiltà ad un livello elevato, è necessario utilizzare questa enorme fonte di energia. Ma dovrebbe anche essere tenuto conto del fatto che anche gli sviluppi più avanzati non possono garantire la completa sicurezza delle centrali nucleari. Inoltre, i rifiuti radioattivi ricevuti nel processo di produzione di energia in caso di stoccaggio improprio possono influenzare i nostri discendenti per decine di migliaia di anni.

Dopo l'incidente di Chernobyl, sempre di piùla gente considera la produzione di energia nucleare molto pericolosa per l'umanità. L'unica centrale elettrica sicura di questo tipo è il Sole con la sua energia nucleare di enorme potenza. Gli scienziati stanno sviluppando tutti i tipi di modelli di celle solari e, forse, nel prossimo futuro, l'umanità sarà in grado di fornirsi di energia nucleare sicura.