Pin
Send
Share
Send


egy atom (Görög άτομον tól től ά: nem és τομον: osztható) egy szubmikroszkópos struktúra, amely minden közönséges anyagban megtalálható. Eredetileg az atomnak úgy gondolták, hogy az anyag a lehető legkisebb oszthatatlan részecske. Később úgy találták, hogy az atomok még kisebb szubatomi részecskékből állnak. A pozitív töltésű atommagból, amelyet negatív töltésű elektronok felhő vesz körül, az atomok a pozitivitás és a negatív kettősségét mutatják, amely az összes létező lényre jellemző. Az atomok az anyag alapvető építőelemei. Elemeket lehet osztályozni, és meghatározott arányokban kombinálhatók, ionos vagy kovalens kötés útján vegyületeket képezve. A kémiai reakciók során nem keletkeznek vagy sem pusztulnak el, és azt állítják, hogy megőrződnek.

Atomelmélet

Atomszerkezet

Az atomok három primer típusú szubatomi részecskékből állnak:

  • elektronok, amelyek negatív töltésűek;
  • protonok, amelyek pozitív töltéssel rendelkeznek; és
  • neutronok, amelyeknek nincs töltése.

A protonok és a neutronok együttesen képezik az atommagját; egy kicsi, sűrű, pozitív töltésű régió az atom közepén, ahol az atom tömegének legnagyobb része található. A protonok és a neutronok maguk is kisebb részecskékből állnak, úgynevezett kvarkok. A kvarkokat és maga a magot az erős kölcsönhatás tartja össze. Ez a fizikai világegyetem négy interakciójának egyike. Az elektronok a magot egy negatív töltés diffúz régiójában veszik körül, amely sokkal nagyobb, mint maga a mag, és felelős az atom méretéért. A kvantummechanikai számítások azt mutatják, hogy ezeknek az elektronoknak olyan keringő szerkezete van, amely felelős az atom fizikai és kémiai tulajdonságaiért.

Az elemi részecskék minden típusa rendelkezik megfelelő anti-részecskével (lásd a részecske fizikáját). Így az antianyag atomjai potenciálisan képződhetnek, amelyek antielektronokból, antiprotonokból és antineutronokból állhatnak.

Atomi méret

Az atom méretét nem könnyű meghatározni, mivel az elektronpályák fokozatosan nullára mennek, amikor a magtól való távolság növekszik. A szilárd kristályokat képező atomok esetében a szomszédos magok közötti távolság becsülheti meg az atom méretét. Azok az atomok, amelyek nem képeznek szilárd kristályokat, más technikákat alkalmaznak, ideértve az elméleti számításokat is. Például a hidrogénatom méretét körülbelül 1,2x10-re becsülik-10m. Hasonlítsa össze ezt a proton méretével, amely az egyetlen részecske a hidrogén atommagjában, körülbelül 0,87 × 10-15m. Így a hidrogénatom atommagja közötti arány körülbelül 100 000. A különféle elemek atomjai méretükben eltérőek, de a méretek nagyjából megegyeznek, körülbelül 2-es tényezőn belül. Ennek oka az, hogy a magon nagy pozitív töltéssel rendelkező elemek erősebben vonzzák az elektronokat az atom középpontjába.

Elemek és izotópok

Az atomokat általában atomszámmal osztályozzák, amely megfelel az atomban levő protonok számának. Az atomszám meghatározza, hogy melyik elem az atom. Például a szénatomok azok, amelyek 6 protont tartalmaznak. Az azonos atomszámmal rendelkező összes atom különböző fizikai tulajdonságokkal rendelkezik, és ugyanolyan kémiai viselkedéssel bírnak. A különféle atomok az periodikus táblázatban vannak felsorolva az atomszám növekedése szerint.

Az elem tömegszáma, atomtömegszáma vagy nukleonszáma a protonok és a neutronok teljes száma az elem atomjában, mivel minden proton vagy neutron tömege lényegében 1 amu. Az atomban lévő neutronok számának nincs hatása az elemre. Minden elemnek számos különféle atomja lehet, azonos protonok és elektronok számával, de változó számú neutronnal. Mindegyiknek ugyanaz az atomszáma, de eltérő tömeg. Ezeket egy elem izotópjainak nevezzük. Izotóp nevének írásakor az elem nevét a tömegszám követi. Például a szén-14 mindegyik atomban 6 protont és 8 neutronot tartalmaz, összesen 14 tömegre vonatkoztatva.

A legegyszerűbb atom a hidrogénatom, amelynek atomszám 1 és egy protonból és egy elektronból áll. A hidrogén izotópot, amely szintén tartalmaz 1 neutront, deutériumnak vagy hidrogén-2-nek nevezzük; a 2 neutront tartalmazó hidrogén-izotópot trícium vagy hidrogén-3-nak nevezzük.

A periódusos táblázatban szereplő egyes elemekre felsorolt ​​atomtömeg a természetben található izotóptömegek átlaga, súlyukkal súlyozva.

Valencia és kötés

Az atomok kémiai viselkedése nagyrészt az elektronok közötti kölcsönhatásoknak köszönhető. Egy atom elektronjai bizonyos, kiszámítható elektronkonfigurációkban maradnak. Az elektronok héjakba esnek a relatív energiaszint alapján, amelyet általában a magtól mért átlagos távolságra ábrázolnak. A legkülső héjban lévő elektronok, amelyeket valencia elektronoknak hívnak, a legnagyobb mértékben befolyásolják a kémiai viselkedést. A központi elektronok (azok, amelyek nem a külső héjában vannak) szerepet játszanak, de ez általában egy másodlagos hatás szempontjából, mivel az atommagban pozitív töltést szűrnek.

A hidrogén atom hidrogén atomjának keringési hullámfunkciói. A fő kvantumszám az egyes sorok jobb oldalán található, az azimutális kvantumszám betűvel van jelölve az egyes oszlopok tetején.

Mindegyik héj, a atommaghoz legközelebb esőtől (az energia legalacsonyabb számától) számolva, különféle alsó szintje és körüli képessége miatt képes meghatározott számú elektronra tartani:

  • Shell 1: 2 elektronkapacitás - s alsó szint - 1 pálya
  • Shell 2: 8 elektronkapacitás - s és p alsíkok - 4 pálya
  • Héj 3: 18 elektronkapacitás - s, pés d alsó szintek - 9 pálya
  • Shell 4: 32 elektronkapacitás - s, p, dés f részszintek - 16 keringőpont

A héj elektronkapacitása meghatározásához a (2) képletet kell megadnin ², ahol használják n a héjszám vagy kvantumszám. Az elektronok belülről kifelé töltik az orbitálokat és a héjakat, kezdve az egyik héjjal. Bármelyik elfoglalt héj a leginkább kifelé, az a valenciahéj, még akkor is, ha csak egy elektrontal rendelkezik.

A héjak kitöltése annak az oka, hogy a legbelső héjban az elektronok energiaszintje lényegesen alacsonyabb, mint a külső héjban levő elektronok energiaszintje. Tehát ha a belső héj nem lenne teljesen tele, a külső héjban lévő elektron gyorsan "beleesne" a belső héjba (egy foton kibocsátásával, amely elviszi az energiakülönbséget).

Az atomok legkülső valenciahéjában levő elektronok száma szabályozza annak kötési viselkedését. Ezért az azonos számú valencia elektronú elemeket az elemek periódusos táblázata csoportosítja. Az 1. csoport (azaz oszlop) elemek egy elektronot tartalmaznak a külső héjukon; 2. csoport, két elektron; 3. csoport, három elektron; stb. Általános szabály: minél kevesebb elektron van egy atom vegyértékhéjában, annál reaktívabb. Az 1. csoportba tartozó fémek tehát nagyon reakcióképes, és a fémek közül a cézium, a rubídium és a francium a legelőnyösebb.

Minden atom sokkal stabilabb (azaz kevésbé energikus), teljes valenciahéjjal. Ez kétféle módszer egyikével érhető el: egy atom megoszthatja elektronjait a szomszédos atomokkal (a kovalens kötés), vagy eltávolíthatja az elektronokat más atomokról (an ionos kötés). Az ionos kötés egy másik formája magában foglalja az atomot, amely elektronjainak egy részét egy másik atomnak adja; ez azért is működik, mert a teljes külső héjának feladásával teljes valenciát eredményezhet. Az elektronok mozgatásával a két atom összekapcsolódik. Ezt kémiai kötésnek nevezik, és az atomok molekulákba vagy ionos vegyületekké történő felépítésére szolgál. Öt fő típusú kötvény létezik:

  • ionos kötések;
  • kovalens kötések;
  • koordinálja a kovalens kötéseket;
  • hidrogénkötések; és
  • fém kötés.

Történelem

Történelmi elméletek

Democritus és Leucippus, az ötödik századi görög filozófusok, B.C.E., az atomok első elméletét (atomizmus) mutatták be. Úgy vélték, hogy minden atom eltérő alakú, mint egy kavics, amely szabályozza az atom tulajdonságait. Dalton és Avogadro újból felfedezték Democritus és Leucippus munkáit, és a tizenkilencedik században javasolták, hogy az anyag atomokból álljon, de szerkezetükről semmit sem tudtak. Ez az elmélet ellentmondásban áll a végtelen oszthatóság elméletével, amely szerint az anyag mindig kisebb részekre osztható.

A vita 1911-ben rendeződött, amikor Perrin felfedezte a meta-részecskét, amelyet manapság atomnak hívunk. Jean Perrin azt gondolta, hogy megtalálja azokat az "atomokat", amelyekről a Democritus beszélt, és így megnevezte részecske atomjait.

Ezen idő alatt az atomokról gondolták, hogy a lehető legkisebb anyag. Később azonban kimutatták, hogy az atomok szubatomi részecskékből állnak. Thomson kísérletei felfedezték az elektronot, az első felfedezett szubatomi részecskéket. Ez azt mutatta, hogy az atomok valóban megoszthatók, és nem az oszthatatlan "atomokról", a Democritusról beszélt. A tizenkilencedik század vége felé végzett radioaktivitással kapcsolatos munka utalt az atomok megoszthatóságára. A fizikusok később egy új kifejezést találtak fel az oszthatatlan egységekre, nevezetesen az elemi részecskékre, mivel az atom szó már bekerült és használatba került.

Eleinte azt hitték, hogy az elektronok többé-kevésbé egyenletesen oszlanak el a pozitív töltésű tengerben (szilva puding modell). A néhány évvel később Rutherford által végzett kísérlet azonban kimutatta, hogy az atomok többnyire üres tér, sok tömeg egymagban koncentrálódik. Az aranyfólia kísérletben az alfa-részecskéket (a polónium által kibocsátott) egy aranylapról lőtt. Megfigyelte, hogy a részecskék többsége egyenesen áthaladt a lapon, eltérítés nélkül (a másik oldalra fluoreszkáló szitát ütve), ám meglepő módon, hogy kis részeket visszapattantak vissza (közel egy atommaghoz). Ez az atom bolygóbeli modelljéhez vezetett, amelyben az elektronok úgy keringtek a magon, mint a Nap körül keringő bolygók.

Később felfedezték, hogy a mag protonokat tartalmaz, és Rutherford további kísérletei során kiderült, hogy a legtöbb atom nukleáris tömege meghaladta a rendelkezésére álló protonok számát; Ez arra késztette a neutronok létezését, amelyek létezését 1932-ben James Chadwick bizonyítja.

Később Max Planck és Albert Einstein kísérletei kimutatták, hogy az energia apró, rögzített mennyiségben kerül átadásra, kvantum néven ismert. Ez arra késztette Bohr-t, hogy javasoljon egy frissített modellt, amelyben az elektronok rögzített körökben keringenek körül a mag körül. Mivel energiájuk csak rögzített mennyiségekkel változhatott, spirálokban nem tudtak közelebb vagy távolabb menni a maghoz; csak kvantális ugrásokat tehetnek az egyik körtől a másikra.

Atomok vizsgálata

Az atomok vizsgálatát nagyrészt közvetett módon végezték el a tizenkilencedik század és a huszadik század elején. Az utóbbi években azonban az új technikák könnyebbé és pontosabbá tették az atomok azonosítását és tanulmányozását. Az 1931-ben kitalált elektronmikroszkóp lehetővé tette a tényleges, egyedi atomok képeinek készítését. Az atomi erőmikroszkópia egy másik módszer az egyes atomok megjelenítésére. Léteznek módszerek az atomok és vegyületek azonosítására is. Az elemanalízis lehetővé teszi az anyagban az atomok típusainak és mennyiségének pontos azonosítását.

Kapcsolódó témák

Külső linkek

Az összes hivatkozás visszakeresve: 2016. április 27.

  • All About Atoms Jefferson Lab.
  • Hogyan működnek az atomok hogyan működik?

Pin
Send
Share
Send