Atóm je najmenšia jednotka častíc existujúcich ako jednoduchá látka, budú môcť zasiahnuť v chemickej kombinácii. Po celé storočia boli obmedzené znalosti o atóme iba predmetom dohadov a domnienok, takže konkrétne údaje bolo možné získať až o mnoho rokov neskôr. V 18. a 19. storočí anglický vedec John Dalton navrhol existenciu atómov ako extrémne malú jednotku, z ktorej by bola zložená všetka hmota, prisúdil im hmotnosť a predstavoval ich ako pevné a nedeliteľné sféry.
Čo je to atóm
Obsah
Je to minimálna jednotka hmoty, z ktorej sú zložené pevné látky, kvapaliny a plyny. Atómy sú zoskupené dohromady, pričom môžu byť rovnakého alebo odlišného typu a vytvárať molekuly, ktoré zase tvoria hmotu, z ktorej sú zložené existujúce telesá. Vedci však zistili, že iba 5% hmoty vo vesmíre je tvorených atómami, pretože tmavá hmota (ktorá zaberá viac ako 20% vesmíru) je tvorená neznámymi časticami a temnou energiou (ktorý zaberá 70%).
Jeho názov pochádza z latinského atomus, čo znamená „nedeliteľný“, a tí, ktorí mu dali túto terminológiu, boli grécki filozofi Democritus (460 - 370 pred Kr.) A Epikuros (341 - 270 pred Kr.).
Títo filozofi, ktorí bez experimentovania pri hľadaní odpovede na otázku, z čoho sa skladáme, a vysvetlenie reality, dospeli k záveru, že je nemožné hmotu deliť donekonečna, že by mal existovať „vrchol“, čo znamenalo, že dosiahlo by to minimálnu hranicu toho, z čoho sa skladajú všetky veci. Tento „vrchol“ nazvali atóm, pretože táto minimálna častica už nemohla byť rozdelená a z toho by bol zložený vesmír. Je potrebné dodať, že tento koncept je zachovaný aj dnes, keď sa hovorí o tom, čo je atóm.
Skladá sa z jadra, kde je najmenej jeden protón a rovnaký počet neutrónov (ktorých spojenie sa nazýva „nukleón“) a najmenej 99,94% jeho hmotnosti sa nachádza v uvedenom jadre. Zvyšných 0,06% tvoria elektróny, ktoré obiehajú okolo jadra. Ak je počet elektrónov a protónov rovnaký, atóm je elektricky neutrálny; ak má viac elektrónov ako protónov, bude jeho náboj záporný a stanoví sa ako anión; a ak počet protónov prekročí elektróny, ich náboj bude kladný a bude sa nazývať katión.
Jeho veľkosť je taká malá (približne jedna desaťmiliontina metra), že ak by bol objekt rozdelený značné množstvo časov, už by z neho nebol žiadny materiál, z ktorého by bol vyrobený, ale atómy prvkov by zostali také, v kombinácii ho vytvorili a sú prakticky neviditeľné. Nie všetky typy atómov však majú rovnaký tvar a veľkosť, pretože to bude závisieť od viacerých faktorov.
Prvky atómu
Atómy majú ďalšie zložky, ktoré ich tvoria, nazývané subatomárne častice, ktoré nemôžu existovať nezávisle, pokiaľ to nie je za zvláštnych a kontrolovaných podmienok. Tieto častice sú: elektróny, ktoré majú negatívny náboj; protóny, ktoré sú kladne nabité; a neutróny, ktorých náboj je rovnaký, čo ich robí elektricky neutrálnymi. Protóny a neutróny sa nachádzajú v jadre (stredu) atómu a tvoria takzvaný nukleón a elektróny obiehajú okolo jadra.
Protóny
Táto častica sa nachádza v jadre atómu, tvorí časť nukleónov a jej náboj je kladný. Prispievajú asi 50% hmotnosti atómu a ich hmotnosť je ekvivalentná 1836-násobku hmotnosti elektrónu. Majú však o niečo menšiu hmotnosť ako neutróny. Protón nie je elementárna častica, pretože je zložený z troch kvarkov (čo je typ fermiona, jednej z dvoch existujúcich elementárnych častíc).
Počet protónov v atóme je rozhodujúci pri definovaní typu prvku. Napríklad atóm uhlíka má šesť protónov, zatiaľ čo atóm vodíka iba jeden protón.
Elektróny
Sú to negatívne častice, ktoré obiehajú okolo jadra atómu. Jeho hmotnosť je taká malá, že sa považuje za jednorazovú. Normálne je počet elektrónov v atóme rovnaký ako počet protónov, takže oba náboje sa navzájom rušia.
Elektróny rôznych atómov sú spojené Coulombovou silou (elektrostatickou) a pri zdieľaní a výmene z jedného atómu na druhý spôsobuje chemické väzby. Existujú elektróny, ktoré môžu byť voľné, bez toho, aby boli viazané na akýkoľvek atóm; a tie, ktoré sú spojené s jednou, môžu mať obežné dráhy rôznych veľkostí (čím väčší je orbitálny polomer, tým väčšia je energia v nich obsiahnutá).
Elektrón je elementárna častica, pretože je to typ fermiónu (leptóny) a nie je tvorený žiadnym iným prvkom.
Neutróny
Je to subatomárna neutrálna častica atómu, to znamená, že má rovnaké množstvo kladného a záporného náboja. Jeho hmotnosť je o niečo vyššia ako hmotnosť protónov, s ktorými vytvára jadro atómu.
Rovnako ako protóny, aj neutróny sú zložené z troch kvarkov: dva klesajúce alebo klesajúce s nábojom -1/3 a jeden stúpajúci alebo stúpajúci s nábojom +2/3, čo vedie k celkovému náboju nula, ktorý mu dodáva neutralitu. Neutrón sám o sebe nemôže existovať mimo jadro, pretože jeho priemerná životnosť mimo jadro je asi 15 minút.
Množstvo neutrónov v atóme neurčuje jeho podstatu, pokiaľ nejde o izotop.
Izotopy
Sú to typy atómov, ktorých jadrové zloženie nie je spravodlivé; to znamená, že má rovnaký počet protónov, ale odlišný počet neutrónov. V tomto prípade sa atómy, ktoré tvoria ten istý prvok, budú líšiť podľa počtu neutrónov, ktoré obsahujú.
Existujú dva typy izotopov:
- Prírodné, vyskytujúce sa v prírode, ako je atóm vodíka, ktorý má tri (protium, deutérium a trícium); alebo atóm uhlíka, ktorý má tiež tri (uhlík-12, uhlík-13 a uhlík-14; každý z nich má rôzne využitie).
- Umelé, ktoré sa vytvárajú v kontrolovanom prostredí, v ktorom sú bombardované subatomárne častice, nestabilné a rádioaktívne.
Existujú stabilné izotopy, ale táto stabilita je relatívna, pretože aj keď sú rádioaktívne rovnakým spôsobom, ich doba rozpadu je dlhá v porovnaní s existenciou planéty.
Ako sú definované prvky atómu
Atóm bude diferencovaný alebo definovaný niekoľkými faktormi, a to:
- Množstvo protónov: odchýlka v tomto počte môže viesť k vzniku iného prvku, pretože určuje, ku ktorému chemickému prvku patrí.
- Množstvo neutrónov: určuje izotop prvku.
Sila, s ktorou protóny priťahujú elektróny, je elektromagnetická; zatiaľ čo ten, ktorý priťahuje protóny a neutróny, je jadrový, ktorého intenzita je vyššia ako prvá, čo od seba odpudzuje pozitívne nabité protóny.
Ak je počet protónov v atóme vysoký, elektromagnetická sila, ktorá ich odpudzuje, bude silnejšia ako jadrová, existuje pravdepodobnosť, že nukleóny budú vylúčené z jadra, čo spôsobí jadrový rozpad alebo čo je tiež známe ako rádioaktivita.; neskôr vyústiť do jadrovej transmutácie, čo je premena jedného prvku na druhý (alchýmia).
Čo je to atómový model
Je to schéma, ktorá pomáha definovať, čo je atóm, jeho zloženie, distribúcia a vlastnosti, ktoré predstavuje. Od zrodu termínu boli vyvinuté rôzne atómové modely, ktoré nám umožnili lepšie pochopiť štruktúrovanie hmoty.
Najreprezentatívnejšie atómové modely sú:
Bohrov atómový model
Dánsky fyzik Niels Bohr (1885-1962) sa po štúdiách so svojím profesorom, chemikom a tiež fyzikom Ernestom Rutherfordom nechal inšpirovať týmto posledným modelom, aby odhalil ten svoj, pričom vodík bral ako vodítko.
Bohrov atómový model sa skladá z akéhosi planetárneho systému, v ktorom je jadro v strede a elektróny sa okolo neho pohybujú ako planéty, na stabilných a kruhových dráhach, kde ten väčší uchováva viac energie. Zahŕňa absorpciu a emisiu plynov, kvantizačnú teóriu Maxa Plancka a fotoelektrický efekt
Albert Einstein
Elektróny môžu skákať z jednej obežnej dráhy na druhú: ak prechádza z jednej s nižšou energiou na druhú s vyššou energiou, zvýši to kvantum energie pre každú obežnú dráhu, ktorú dosiahne; Opačný prípad nastane, keď dôjde z vyššej na nižšiu energiu, kde sa nielen zníži, ale aj stratí vo forme žiarenia, ako je svetlo (fotón).
Bohrov atómový model mal však nedostatky, pretože sa nedal použiť pre iné typy atómov.
Daltonov atómový model
John Dalton (1766-1844), matematik a chemik, bol priekopníkom v publikácii atómového modelu s vedeckým základom, v ktorom uviedol, že atómy sú podobné biliardovým guličkám, teda sférickým.
Daltonov atómový model vo svojom prístupe (ktorý nazval „atómová teória“) stanovuje, že atómy nemožno rozdeliť. Tiež sa zistí, že atómy toho istého prvku majú rovnakú kvalitu vrátane hmotnosti a hmotnosti; že aj keď sa dajú kombinovať, zostávajú nedeliteľné jednoduchými vzťahmi; a že sa dajú kombinovať v rôznych pomeroch s inými typmi atómov za vzniku rôznych zlúčenín (spojenie dvoch alebo viacerých typov atómov).
Tento atómový model Daltona bol nekonzistentný, pretože nevysvetľoval prítomnosť subatomárnych častíc, pretože prítomnosť elektrónu a protónu nebola známa. Nemohlo by to vysvetliť ani javy rádioaktivity alebo prúdu elektrónov (katódové lúče); ďalej nezohľadňuje izotopy (atómy toho istého prvku s rôznou hmotnosťou).
Rutherfordov atómový model
Tento model, ktorý vychoval fyzik a chemik Ernest Rutherford (1871-1937), predstavuje obdobu slnečnej sústavy. Rutherfordov atómový model stanovuje, že najvyššie percento hmotnosti atómu a jeho pozitívnej časti sa nachádza v jeho jadre (strede); a záporná časť alebo elektróny sa otáčajú okolo nej v eliptických alebo kruhových obežných dráhach, pričom je medzi nimi vákuum. Stal sa tak prvým modelom, ktorý rozdelil atóm na jadro a obal.
Fyzik uskutočnil experimenty, pri ktorých vypočítal uhol rozptylu častíc, keď narazili na zlatú fóliu, a všimol si, že niektoré sa odrážajú v neprispôsobivých uhloch a dospeli k záveru, že ich jadro musí byť malé, ale s veľkou hustotou. Vďaka Rutherfordovi, ktorý bol študentom JJ Thomsona, bola tiež prvá predstava o prítomnosti neutrónov. Ďalším úspechom bolo zvýšenie počtu otázok o tom, ako môžu pozitívne náboje v jadre zostať pohromade v takom malom objeme, čo neskôr viedlo k objavu jednej zo základných interakcií: silnej jadrovej sily.
Rutherfordov atómový model bol nekonzistentný, pretože odporoval Maxwellovým zákonom o elektromagnetizme; nevysvetlilo ani javy energetického žiarenia pri prechode elektrónu z vysokoenergetického na nízkoenergetický stav.
Thomsonov atómový model
Odhalil ju vedec a nositeľ Nobelovej ceny za fyziku za rok 1906 Joseph John Thomson (1856-1940). Thomsonov atómový model popisuje atóm ako kladne nabitú sférickú hmotu, do ktorej sú vložené elektróny, ako hrozienkový puding. Počet elektrónov v tomto modeli bol dostatočný na neutralizáciu kladného náboja a distribúcia pozitívnej hmoty a elektrónov bola náhodná.
Experimentoval s katódovými lúčmi: vo vákuovej trubici prechádzal prúdovými lúčmi s dvoma doskami a vytváral elektrické pole, ktoré ich vychyľovalo. Takto určil, že elektrina bola zložená z inej častice; objavenie existencie elektrónov.
Thomsonov atómový model bol však krátky, nikdy nebol akademicky akceptovaný. Jeho popis vnútornej štruktúry atómu bol nesprávny, rovnako ako rozloženie nábojov, nezohľadňovala existenciu neutrónov a nevedelo sa o protónoch. Nevysvetľuje to ani pravidelnosť Periodickej tabuľky prvkov.
Napriek tomu ich štúdie slúžili ako základ pre neskoršie objavy, pretože z tohto modelu sa vedelo o existencii subatomárnych častíc.
Atómová hmotnosť
Celková hmotnosť protónov a neutrónov obsiahnutých v atóme, predstavovaná písmenom A, sa nazýva atómová hmotnosť bez zohľadnenia elektrónov, pretože ich hmotnosť je taká malá, že je možné ich vyhodiť.
Izotopy sú variácie atómov toho istého prvku s rovnakým počtom protónov, ale s iným počtom neutrónov, takže ich atómová hmotnosť bude iná, aj keď sú si veľmi podobné.
Atómové číslo
Predstavuje ho písmeno Z a označuje počet protónov obsiahnutých v atóme, čo je rovnaký počet elektrónov v ňom. Mendelejevova periodická tabuľka prvkov z roku 1869 je zoradená od najmenšej po najväčšiu podľa atómového čísla.
