Супстанциите се составени од атоми. Атомот е честичка од материја со многу мала големина и маса.. Ова е најмалиот дел од хемискиот елемент, кој е носител на неговите својства.
Зборот „атом“ доаѓа од грчкиот атород - „неделив“, и оваа честичка се сметаше како таква многу векови. Сепак, веќе на почетокот на 20 век. стана позната структурата на атомот.
Поедноставен модел на атомот. Црвената боја претставува позитивно наелектризирани протони, сивата ги претставува неутралните неутрони, а сината ги претставува негативно наелектризираните електрони.
Атомот е составен од атомско јадроИ електронска обвивка. Пред сто години се веруваше дека електроните се вртат околу јадрото, како планетите околу сонцето. Така често се прикажува атомот заради едноставност. Всушност, невозможно е да се одреди точката каде што моментално се наоѓа електронот. Електронот е негативно наелектризиран, а јадрото позитивно. Самото јадро исто така се состои од елементарни честички - протони и неутрони. Протоните имаат позитивен полнеж, додека неутроните се електрично неутрални. Обично атомот е неутрален. Ова е точно кога бројот на протони во јадрото е ист со бројот на електрони. Ако атомот има еден или повеќе дополнителни електрони во неговата надворешна орбита, тој станува негативно наелектризиран јон (анјон). Ако на атомот во неговата надворешна орбита му недостасуваат еден или повеќе електрони, тој станува позитивно наелектризиран јон (катјон). Има многу такви јони во различни раствори.
Повеќе од 99% од масата на атомот е концентрирана во јадрото. Електроните сочинуваат многу мал дел. Масата на атомот се мери во единици на атомска маса еднаква на 1/12 од масата на атомот на стабилниот изотоп на јаглерод 12C.
Постојат атоми со ист број на протони, но различен број на неутрони.
Таквите атоми се нарекуваат изотопи(сорти) на истиот елемент. Постои единствениот стабилен атом кој нема воопшто неутрони во неговото јадро, туку само еден протон. Еден електрон ротира околу јадрото (поточно, создава обвивка). Ова е лесен водород, или протиум. Има и тежок водород - деутериум. Во неговото јадро има две честички - протон и неутрон. Има и супертежок водород - тритиум. Во своето јадро има три честички - еден протон и два неутрони. И сите овие изотопи имаат еден електрон. Водата формирана од деутериум се нарекува тешка вода.
Атомите формираат меѓуатомски врски и формираат молекули. Молекулите може да се состојат од еден тип на атом или неколку.
Атом на водород H, кој се состои од еден протон и еден електрон
Атом на хелиум: неговото јадро се состои од два протони и два неутрони и е опкружено со два електрони
Дали атомите имаат куки?
Концептот на атом како најмала неделива честичка на материјата е воведен пред повеќе од 2000 години од филозофите од Античка Индија и Античка Грција. Грчкиот филозоф Демокрит рекол: „Нема ништо друго освен атоми, кои вечно се движат во бескрајна празнина“. Тој верувал дека својствата на супстанцијата се одредуваат според обликот, масата и другите својства на атомот. Според Демокрит, огнот гори затоа што атомите на огнот се остри, а цврстите тела се така затоа што нивните атоми се груби и цврсто поврзани едни со други. Филозофот Епикур напишал дека тоа не може да биде, бидејќи куките на атомите ќе се откинат. Но, откривањето на вистинската структура на атомот беше сè уште далеку.
Повеќето од нас ја учеле темата за атомот на училиште, на часот по физика. Ако сè уште сте заборавиле од што е направен атом или штотуку почнувате да ја проучувате оваа тема, овој напис е само за вас.
Што е атом
За да разберете од што е направен атомот, прво треба да разберете што е тоа. Општо прифатена теза во училишната програма по физика е дека атомот е најмалата честичка од кој било хемиски елемент. Така, атомите се во сè што не опкружува. Без разлика дали е жив или нежив објект, на долните физиолошки и хемиски слоеви, тој е составен од атоми.
Атомите се дел од молекулата. И покрај ова верување, постојат елементи кои се помали од атомите, како што се кварковите. Темата кваркови не се дискутира во училиштата или универзитетите (освен во посебни случаи). Кваркот е хемиски елемент кој нема внатрешна структура, т.е. неговата структура е многу полесна од атом. Во моментов, науката знае 6 типа на кваркови.
Од што се состои атомот?
Сите предмети околу нас, како што веќе споменавме, се состојат од нешто. Во собата има маса и две столчиња. Секое парче мебел, пак, е направено од некој материјал. Во овој случај, направен од дрво. Дрвото е направено од молекули, а овие молекули се направени од атоми. А такви примери има бесконечен број. Но, од што се состои самиот атом?
Атомот се состои од јадро кое содржи протони и неутрони. Протоните се позитивно наелектризирани честички. Неутроните, како што имплицира името, се неутрално наелектризирани, т.е. немаат наплата. Околу јадрото на атомот има поле (електричен облак) во кое се движат електроните (негативно наелектризираните честички). Бројот на електрони и протони може да се разликува еден од друг. Токму оваа разлика е клучна во хемијата, кога се проучува прашањето за припадност на супстанција.
Атомот чиј број на горенаведените честички се разликува се нарекува јон. Како што може да претпоставите, јонот може да биде негативен или позитивен. Негативно е ако бројот на електрони го надминува бројот на протони. И обратно, ако има повеќе протони, јонот ќе биде позитивен.
Атомот како што го замислувале античките мислители и научници
Постојат многу интересни претпоставки за атомот. Подолу е листа:
- Хипотезата на Демокрит. Демокрит претпоставувал дека својствата на супстанцијата зависат од обликот на нејзиниот атом. Така, ако нешто има својство на течност, тогаш тоа се должи токму на фактот дека атомите од кои се состои оваа течност се мазни. Врз основа на логиката на Демокрит, атомите на водата и, на пример, млекото се слични.
- Планетарни претпоставки. Во 20 век, некои научници сугерираа дека атомот е привид на планети. Една од овие претпоставки беше следнава: како планетата Сатурн, атомот има и прстени околу јадрото низ кои се движат електроните (јадрото се споредува со самата планета, а електричниот облак со прстените на Сатурн). И покрај објективната сличност со докажаната теорија, оваа верзија беше побиена. Претпоставката на Бор-Ратерфорд била слична, која подоцна исто така била побиена.
И покрај ова, можеме безбедно да кажеме дека Радерфорд направи голем скок кон разбирањето на вистинската суштина на атомот. Тој беше во право кога рече дека атомот е сличен на јадрото, што само по себе е позитивно, а атомите се движат околу него. Единствената мана во неговиот модел е тоа што електроните што се наоѓаат околу атомот не се движат во некоја одредена насока. Нивното движење е хаотично. Ова беше докажано и влезе во науката под името квантно механички модел.
Атом (од грчкиот άτομοσ - неделив) е најмалата честичка на хемиски елемент што ги задржува сите свои хемиски својства. Атомот се состои од густо јадро од позитивно наелектризирани протони и електрично неутрални неутрони, кое е опкружено со многу поголем облак од негативно наелектризирани електрони. Кога бројот на протони се совпаѓа со бројот на електрони, атомот е електрично неутрален, инаку е јон, со одредено полнење. Атомите се класифицираат според бројот на протони и неутрони: бројот на протони го одредува хемискиот елемент, а бројот на неутрони го одредува нуклидот на елементот.
Со формирање на врски меѓу себе, атомите се комбинираат во молекули и големи цврсти материи.
Човештвото се сомневаше во постоењето на најмалите честички на материјата уште од античко време, но потврда за постоењето на атоми беше добиена дури на крајот на 19 век. Но, речиси веднаш стана јасно дека атомите, пак, имаат сложена структура, која ги одредува нивните својства.
Концептот на атом како најмала неделива честичка на материјата за првпат бил предложен од античките грчки филозофи. Во 17 и 18 век, хемичарите откриле дека хемикалиите реагираат во одредени размери, кои се изразуваат со мали бројки. Покрај тоа, тие изолираа одредени едноставни супстанции, кои ги нарекоа хемиски елементи. Овие откритија доведоа до оживување на идејата за неделиви честички. Развојот на термодинамиката и статистичката физика покажа дека топлинските својства на телата може да се објаснат со движењето на таквите честички. На крајот, големината на атомите беа определувани експериментално.
Кон крајот на 19 и почетокот на 20 век, физичарите ја откриле првата од субатомските честички, електронот, а нешто подоцна и атомското јадро, со што покажале дека атомот не е неделив. Развојот на квантната механика овозможи да се објасни не само структурата на атомите, туку и нивните својства: оптички спектри, способност да влегуваат во реакции и да формираат молекули, т.е.
Општи карактеристики на структурата на атомот
Модерните идеи за структурата на атомот се засноваат на квантната механика.
На популарно ниво, структурата на атомот може да се претстави во однос на брановиот модел, кој се базира на Боровиот модел, но ги зема предвид и дополнителните информации од квантната механика.
Според овој модел:
Атомите се состојат од елементарни честички (протони, електрони и неутрони). Масата на атомот е главно концентрирана во јадрото, така што најголемиот дел од волуменот е релативно празен. Јадрото е опкружено со електрони. Бројот на електрони е еднаков на бројот на протони во јадрото, бројот на протони го одредува атомскиот број на елементот во периодниот систем. Во неутрален атом, вкупниот негативен полнеж на електроните е еднаков на позитивниот полнеж на протоните. Атомите на ист елемент со различен број на неутрони се нарекуваат изотопи.
Во центарот на атомот се наоѓа ситно позитивно наелектризирано јадро направено од протони и неутрони.
Јадрото на атомот е околу 10.000 пати помало од самиот атом. Така, ако зголемите атом со големина на аеродромот Бориспил, големината на јадрото ќе биде помала од големината на топче за пинг-понг.
Јадрото е опкружено со електронски облак, кој зафаќа најголем дел од неговиот волумен. Во електронски облак, може да се разликуваат школки, за секоја од нив има неколку можни орбитали. Пополнетите орбитали ја сочинуваат електронската конфигурација карактеристика на секој хемиски елемент.
Секоја орбитала може да содржи до два електрони, кои се карактеризираат со три квантни броеви: фундаментален, орбитален и магнетен.
Секој електрон во орбиталата има единствена вредност на четвртиот квантен број: спин.
Орбиталите се одредуваат со специфична распределба на веројатност за тоа каде точно може да се најде електрон. Примери на орбитали и нивните симболи се прикажани на сликата од десната страна. „Границата“ на орбиталата се смета за растојание на кое веројатноста електронот да биде надвор од неа е помала од 90%.
Секоја обвивка може да содржи не повеќе од строго дефиниран број на електрони. На пример, обвивката што е најблиску до јадрото може да има најмногу два електрони, следниот - 8, третиот од јадрото - 18 итн.
Кога електроните се прикачуваат на атомот, тие паѓаат во ниско-енергетска орбитала. Само електроните од надворешната обвивка можат да учествуваат во формирањето на меѓуатомските врски. Атомите можат да се откажат и да добијат електрони, станувајќи позитивно или негативно наелектризирани јони. Хемиските својства на елементот се одредуваат со леснотијата со која јадрото може да се откаже или да добие електрони. Ова зависи и од бројот на електрони и од степенот на полнење на надворешната обвивка.
Големина на атом
Големината на атомот е количество кое е тешко да се измери, бидејќи централното јадро е опкружено со дифузен електронски облак. За атомите кои формираат цврсти кристали, растојанието помеѓу соседните места на кристалната решетка може да послужи како приближна вредност на нивната големина. За атомите, кристалите не се формираат, се користат други техники за евалуација, вклучително и теоретски пресметки; На пример, големината на атом на водород се проценува на 1,2 × 10-10 m Оваа вредност може да се спореди со големината на протонот (што е јадро на атом на водород): 0,87 × 10-15 m и да се потврди. дека јадрото на атом на водород е 100 000 пати помало од самиот атом. Атомите на другите елементи го задржуваат приближно истиот однос. Причината за ова е што елементите со поголемо, позитивно наелектризирано јадро посилно привлекуваат електрони.
Друга карактеристика на големината на атомот е радиусот Ван дер Валс - растојанието до кое друг атом може да се приближи до даден атом. Меѓуатомските растојанија во молекулите се карактеризираат со должината на хемиските врски или ковалентен радиус.
Јадро
Најголемиот дел од атомот е концентриран во јадрото, кое се состои од нуклеони: протони и неутрони, меѓусебно поврзани со сили на нуклеарна интеракција.
Бројот на протони во јадрото на атомот го одредува неговиот атомски број и на кој елемент припаѓа атомот. На пример, јаглеродните атоми содржат 6 протони. Сите атоми со специфичен атомски број имаат исти физички карактеристики и покажуваат исти хемиски својства. Периодниот систем ги наведува елементите по редослед на зголемување на атомскиот број.
Вкупниот број на протони и неутрони во атомот на елементот ја одредува неговата атомска маса, бидејќи протонот и неутронот имаат маса од приближно 1 аму Неутроните во јадрото не влијаат на кој елемент припаѓа атомот, но хемискиот елемент може да го има атоми со ист број на протони и различен број на неутрони. Таквите атоми имаат ист атомски број, но различна атомска маса и се нарекуваат изотопи на елементот. Кога пишувате име на изотоп, напишете ја атомската маса по него. На пример, изотопот јаглерод-14 содржи 6 протони и 8 неутрони, што се собира до атомска маса од 14. Друг популарен метод за нотација е префиксирањето на атомската маса со надреден знак пред симболот на елементот. На пример, јаглерод-14 е означен 14C.
Атомската маса на елементот дадена во периодниот систем е просечната вредност на масата на изотопи пронајдени во природата. Просекот се врши според изобилството на изотопот во природата.
Како што се зголемува атомскиот број, се зголемува позитивното полнење на јадрото и, следствено, се зголемува Кулоновата одбивност помеѓу протоните. Се повеќе и повеќе неутрони се потребни за да се задржат протоните заедно. Сепак, голем број неутрони се нестабилни и оваа околност наметнува ограничување на можното полнење на јадрото и бројот на хемиски елементи кои постојат во природата. Хемиските елементи со висок атомски број имаат многу краток животен век, можат да се создадат само со бомбардирање на јадрата на лесните елементи со јони и се набљудуваат само за време на експерименти со помош на акцелератори. Почнувајќи од февруари 2008 година, тешкиот синтетизиран хемиски елемент е унунокциум
Многу изотопи на хемиски елементи се нестабилни и се распаѓаат со текот на времето. Овој феномен што го користат тестовите за радиоелементи за одредување на староста на предметите е од големо значење за археологијата и палеонтологијата.
Боров модел
Боровиот модел е првиот физички модел кој можел правилно да ги опише оптичките спектри на атомот на водород. По развојот на прецизните методи на квантната механика, Боровиот модел има само историско значење, но поради неговата едноставност сè уште нашироко се предава и се користи за квалитативно разбирање на структурата на атомот.
Моделот на Бор се заснова на планетарниот модел на Радерфорд, кој го опишува атомот како мало, позитивно наелектризирано јадро со негативно наелектризирани електрони кои орбитираат на различни нивоа, потсетувајќи на структурата на Сончевиот систем. Радерфорд предложи планетарен модел за да ги објасни резултатите од неговите експерименти за расејување на алфа честички со метална фолија. Според планетарниот модел, атомот се состои од тешко јадро околу кое ротираат електрони. Но, како електроните кои ротираат околу јадрото не паѓаат во спирала врз него, за тогашните физичари беше неразбирливо. Навистина, според класичната теорија на електромагнетизмот, електронот што ротира околу јадрото треба да емитува електромагнетни бранови (светлина), што би довело до постепено губење на енергија и паѓа на јадрото. Според тоа, како воопшто може да постои атом? Покрај тоа, студиите за електромагнетниот спектар на атомите покажаа дека електроните во атомот можат да испуштаат светлина само со одредена фреквенција.
Овие тешкотии беа надминати во моделот предложен од Нилс Бор во 1913 година, кој постулира дека:
Електроните можат да бидат само во орбити кои имаат дискретни квантизирани енергии. Односно, не се можни сите орбити, туку само некои специфични. Точните енергии на дозволените орбити зависат од атомот.
Законите на класичната механика не важат кога електроните се движат од една дозволена орбита до друга.
Кога електронот се движи од една во друга орбита, разликата во енергијата се емитува (или апсорбира) од еден квантум светлина (фотон), чија фреквенција директно зависи од енергетската разлика помеѓу двете орбити.
каде ν е фреквенцијата на фотонот, E е енергетската разлика и h е константата на пропорционалност, позната и како Планкова константа.
Откако утврди што може да се напише
каде ω е аголната фреквенција на фотонот.
Дозволените орбити зависат од квантизираните вредности на аголниот орбитален момент L, опишани со равенката
каде n = 1,2,3,...
и се нарекува квантен број на аголен моментум.
Овие претпоставки овозможија да се објаснат резултатите од тогашните набљудувања, на пример, зошто спектарот се состои од дискретни линии. Претпоставката (4) вели дека најмалата вредност на n е 1. Според тоа, најмалиот прифатлив атомски радиус е 0,526 Å (0,0529 nm = 5,28 10-11 m). Оваа вредност е позната како Боров радиус.
Боровиот модел понекогаш се нарекува Полукласичен модел бидејќи, иако вклучува некои идеи од квантната механика, тој не е целосен квантен механички опис на атомот на водород. Сепак, моделот на Бор беше значаен чекор кон создавање таков опис.
Во строг квантно механички опис на атомот на водород, нивоата на енергија се наоѓаат од решението на стационарната Шредингерова равенка. Овие нивоа се карактеризираат со трите квантни броеви наведени погоре, формулата за квантизирање на аголниот моментум е различна, квантниот број на аголниот моментум е нула за сферични s-орбитали, единство за издолжени p-орбитали во форма на гира итн. (види слика погоре).
Атомска енергија и нејзина квантизација
Енергетските вредности што може да ги има еден атом се пресметуваат и интерпретираат врз основа на принципите на квантната механика. Во овој случај, се земаат предвид факторите како што се електростатската интеракција на електроните со јадрото и електроните едни со други, спиновите на електроните и принципот на идентични честички. Во квантната механика, состојбата во која се наоѓа атомот се опишува со бранова функција, која може да се најде од решението на Шредингеровата равенка. Постои специфичен сет на состојби, од кои секоја има одредена енергетска вредност. Состојбата со најниска енергија се нарекува основна состојба. Другите состојби се нарекуваат возбудени. Атомот е во возбудена состојба одредено време, емитувајќи квант од електромагнетното поле (фотон) порано или подоцна и преминува во основната состојба. Атомот може да остане во основна состојба долго време. За да се возбуди, потребна му е надворешна енергија, која може да му дојде само од надворешната средина. Атомот емитира или апсорбира светлина само на одредени фреквенции што одговараат на енергетската разлика помеѓу неговите состојби.
Можните состојби на атомот се индексираат со квантни броеви, како што се спин, квантен број на орбитален аголен моментум и вкупен квантен број на аголен моментум. Можете да прочитате повеќе за нивната класификација во написот електронски термини
Електронски обвивки од сложени атоми
Сложените атоми имаат десетици, а за многу тешки елементи, дури и стотици електрони. Според принципот на Идентични честички, електронските состојби на атомите се формираат од сите електрони и невозможно е да се одреди каде се наоѓа секоја од нив. Меѓутоа, во таканаречената едноелектронска апроксимација, можеме да зборуваме за одредени енергетски состојби на поединечни електрони.
Според овие идеи, постои одреден сет на орбитали кои се исполнети од електроните на атомот. Овие орбитали формираат специфична електронска конфигурација. Секоја орбитала може да содржи не повеќе од два електрони (принцип на исклучување на Паули). Орбиталите се групирани во школки, од кои секоја може да има само одреден фиксен број на орбитали (1, 4, 10, итн.). Орбиталите се поделени на внатрешни и надворешни. Во основната состојба на атомот, внатрешните обвивки се целосно исполнети со електрони.
Во внатрешните орбитали, електроните се многу блиску до јадрото и силно се врзани за него. За да отстраните електрон од внатрешната орбитала, треба да му обезбедите висока енергија, до неколку илјади електрон волти. Електронот на внатрешната обвивка може да добие таква енергија само со апсорпција на квантум на Х-зраци. Енергиите на внатрешните обвивки на атомите се индивидуални за секој хемиски елемент, и затоа атомот може да се идентификува со спектарот на апсорпција на Х-зраци. Оваа околност се користи при анализа на Х-зраци.
Во надворешната обвивка, електроните се наоѓаат далеку од јадрото. Токму овие електрони се вклучени во формирањето на хемиските врски, поради што надворешната обвивка се нарекува валентна, а електроните во надворешната обвивка се нарекуваат валентни електрони.
Квантни транзиции во атомот
Можни се транзиции помеѓу различни состојби на атомите, предизвикани од надворешно нарушување, најчесто електромагнетно поле. Поради квантизацијата на атомските состојби, оптичките спектри на атомите се состојат од поединечни линии доколку енергијата на светлосниот квант не ја надминува енергијата на јонизација. На повисоки фреквенции, оптичките спектри на атомите стануваат континуирани. Веројатноста за возбудување на атом од светлина се намалува со дополнително зголемување на фреквенцијата, но нагло се зголемува на одредени фреквенции карактеристични за секој хемиски елемент во опсегот на Х-зраци.
Возбудените атоми испуштаат светлосни кванти на истите фреквенции на кои се случува апсорпцијата.
Транзициите помеѓу различните состојби на атомите може да бидат предизвикани и од интеракции со брзо наелектризираните честички.
Хемиски и физички својства на атомот
Хемиските својства на атомот се одредуваат главно од валентните електрони - електроните во надворешната обвивка. Бројот на електрони во надворешната обвивка ја одредува валентноста на атомот.
Атомите од последната колона од периодниот систем на елементи имаат целосно исполнета надворешна обвивка, а за електронот да се пресели во следната обвивка, атомот мора да биде обезбеден со многу висока енергија. Затоа, овие атоми се инертни и немаат тенденција да влегуваат во хемиски реакции. Инертните гасови се разредуваат и кристализираат само на многу ниски температури.
Атомите во првата колона од периодниот систем на елементи имаат еден електрон во нивната надворешна обвивка и се хемиски активни. Нивната валентност е 1. Карактеристичниот тип на хемиска врска за овие атоми во кристализирана состојба е метална врска.
Атомите во втората колона од периодниот систем во основната состојба имаат 2 s електрони во нивната надворешна обвивка. Нивната надворешна обвивка е исполнета, па мора да бидат инертни. Но, за да се премине од основната состојба со конфигурација на електронска обвивка s2 во состојба со конфигурација s1p1, потребна е многу малку енергија, така што овие атоми имаат валентност од 2, но тие покажуваат помала активност.
Атомите во третата колона од периодниот систем на елементи имаат електронска конфигурација s2p1 во нивната основна состојба. Тие можат да покажат различни валентности: 1, 3, 5. Последната можност се јавува кога електронската обвивка на атомот ќе се додаде на 8 електрони и ќе се затвори.
Атомите во четвртата колона од периодниот систем на елементи имаат валентност од 4 (на пример, јаглерод диоксид CO2), иако можна е и валентност од 2 (на пример, јаглерод моноксид CO). Пред оваа колона припаѓа јаглеродот, елемент кој формира широк спектар на хемиски соединенија. Посебна гранка на хемијата е посветена на јаглеродните соединенија - органска хемија. Другите елементи во оваа колона се силициум, а германиумот е полупроводник во цврста состојба во нормални услови.
Елементите во петтата колона имаат валентност од 3 или 5.
Елементите од шестата колона на периодниот систем во нивната основна состојба имаат конфигурација s2p4 и вкупен спин од 1. Според тоа, тие се двовалентни. Исто така, постои можност атом да премине во возбудена состојба s2p3s“ со спин 2, во кој валентноста е 4 или 6.
На елементите во седмата колона од периодниот систем им недостасува еден електрон во нивната надворешна обвивка за да ја пополни. Тие се главно едновалентни. Сепак, тие можат да влезат во хемиски соединенија во возбудени состојби, покажувајќи валентност од 3,5,7.
Преодните елементи обично ја пополнуваат надворешната s-обвивка пред d-школка целосно да се наполни. Затоа, тие најчесто имаат валентност од 1 или 2, но во некои случаи еден од d-електроните учествува во формирањето на хемиските врски, а валентноста станува еднаква на три.
Кога се формираат хемиски соединенија, атомските орбитали се модифицираат, деформираат и стануваат молекуларни орбитали. Во овој случај, се случува процесот на хибридизација на орбиталите - формирање на нови орбитали, како специфичен збир на базни.
Историја на концептот на атом
Повеќе детали во написот атомизам
Концептот на атом, како и самиот збор, е од старогрчко потекло, иако вистинитоста на хипотезата за постоењето на атоми беше потврдена дури во 20 век. Главната идеја што стоела зад овој концепт низ вековите била идејата за светот како збир на огромен број неделиви елементи кои се многу едноставни по структура и постојат од почетокот на времето.
Првите проповедници на атомистичката доктрина
Првиот што проповедал атомистички учења бил филозофот Левкип во 5 век п.н.е. Тогаш неговиот ученик Демокрит ја зеде палката. Зачувани се само изолирани фрагменти од нивната работа, од кои станува јасно дека тие произлегуваат од мал број прилично апстрактни физички хипотези:
„Слаткоста и горчината, топлината и студот се значењето на дефиницијата, но всушност [само] атоми и празнина“.
Според Демокрит, целата природа се состои од атоми, најмалите честички на материјата кои мируваат или се движат во целосно празен простор. Сите атоми имаат едноставна форма, а атомите од ист вид се идентични; Разновидноста на природата ја одразува разновидноста на атомските форми и разновидноста на начини на кои атомите можат да се прилепуваат еден до друг. И Демокрит и Левкип верувале дека атомите, откако почнале да се движат, продолжуваат да се движат според законите на природата.
Најтешкото прашање за старите Грци беше физичката реалност на основните концепти на атомизмот. Во која смисла би можеле да зборуваме за реалноста на празнината ако таа, немајќи материја, не може да има никакви физички својства? Идеите на Левкип и Демокрит не можеа да послужат како задоволителна основа за теоријата на материјата во физичката рамнина, бидејќи тие не објаснија од што се состојат атомите, ниту зошто атомите се неделиви.
Една генерација по Демокрит, Платон го предложил своето решение за овој проблем: „најмалите честички не припаѓаат на царството на материјата, туку на царството на геометријата; тие претставуваат различни цврсти геометриски фигури ограничени со рамни триаголници“.
Концептот на атомот во индиската филозофија
Илјада години подоцна, апстрактното размислување на античките Грци навлезе во Индија и беше усвоено од некои школи на индиската филозофија. Но, ако западната филозофија веруваше дека атомската теорија треба да стане конкретна и објективна основа за теоријата на материјалниот свет, индиската филозофија отсекогаш го доживувала материјалниот свет како илузија. Кога атомизмот се појави во Индија, тој ја зеде формата на теоријата дека реалноста во светот е процес, а не супстанција, и дека ние сме присутни во светот како врски во еден процес, а не како грутки супстанција.
Односно, и Платон и индиските филозофи мислеа вака: ако природата се состои од мали, но конечни по големина, акции, тогаш зошто тие не можат да се поделат, барем во имагинацијата, на уште помали честички, кои станаа тема на дополнително разгледување?
Атомистичка теорија во римската наука
Римскиот поет Лукрециј (96 - 55 п.н.е.) бил еден од ретките Римјани кои покажале интерес за чиста наука. Во својата песна За природата на нештата (De rerum natura), тој детално ги изложил фактите што сведочат во корист на атомската теорија. На пример, ветар кој дува со голема сила, иако никој не може да го види, веројатно е составен од честички кои се премногу тешки за гледање. Можеме да ги почувствуваме работите на далечина со мирис, звук и топлина што патуваат додека остануваат невидливи.
Лукрециј ги поврзува својствата на нештата со својствата на нивните компоненти, т.е. Атоми: Атомите на течноста се мали и кружни по форма, поради што течноста тече толку лесно и продира низ порозна супстанција, додека атомите на цврстите материи имаат куки кои ги држат заедно. Слично на тоа, различни сензации на вкус и звуци со различни волумени се составени од атоми со соодветни форми - од едноставни и хармонични до извивачки и неправилни.
Но, учењата на Лукрециј беа осудени од црквата затоа што тој даде прилично материјалистичко толкување на нив: на пример, идејата дека Бог, откако еднаш започнал атомски механизам, повеќе не се меша во неговата работа, или дека душата умира заедно со тело.
Првите теории за структурата на атомот
Една од првите теории за структурата на атомот, која веќе има модерни контури, ја опиша Галилео (1564-1642). Според неговата теорија, материјата се состои од честички кои не мируваат, туку се движат во сите правци под влијание на топлината; топлината не е ништо повеќе од движење на честички. Структурата на честичките е сложена, и ако лишите некој дел од неговата материјална обвивка, тогаш светлината ќе прска одвнатре. Галилео беше првиот што ја претстави, иако во фантастична форма, структурата на атомот.
Научни основи
Во 19 век, Џон Далтон добил докази за постоењето на атоми, но претпоставил дека тие се неделиви. Ернест Радерфорд експериментално покажа дека атомот се состои од јадро опкружено со негативно наелектризирани честички - електрони.
Атомот, како изолирана единица, се состои од јадро наелектризирано позитивно и електрони кои носат негативен полнеж. Од ова е направен атом.
Во неговиот центар има јадро, кое го формираат уште помали честички - протони и неутрони. Во однос на радиусот на целиот атом, радиусот на јадрото е приближно сто илјади пати помал. Густината на јадрото е исклучително висока.
Стабилно јадро со позитивен полнеж е протонот. Неутронот е елементарна честичка која нема електрично полнење, со маса приближно еднаква на масата на протонот. Масата на јадрото се состои, соодветно, од вкупната маса на протони и неутрони, чија целина во јадрото е скратено како нуклеон. Овие нуклеони во јадрото се врзани со уникатни Бројот на протони во атомот е еднаков на оној определен во атомската обвивка и, како резултат на тоа, ја формира основата за хемиските својства на атомот.
Електронот, како најмалата честичка на материјата, носи во себе елементарна негативна електрична струја и постојано ротира околу јадрото во одредени орбити, слично на ротацијата на планетите околу Сонцето. Така, на прашањето од што се состои атомот, може да се даде следниов одговор: од елементарни честички со позитивни, негативни и неутрални полнежи.
Постои следнава шема: големината на атомот зависи од големината на неговата електронска обвивка или висината на орбиталата. Како дел од одговорот на прашањето од што е направен атомот, можеме да разјасниме дека електроните можат и да се додаваат и отстранат од атомот. Оваа околност го претвора атомот во позитивен јон или, соодветно, во негативен. И процесот на трансформација на елементарна хемиска честичка се нарекува јонизација.
Концентрирана е голема залиха на енергија, која може да се ослободи за време на нуклеарните реакции. Ваквите реакции, по правило, се случуваат кога атомските јадра се судираат со други елементарни честички или со јадра на други хемиски елементи. Како резултат на тоа, се способни да се формираат нови јадра. На пример, реакцијата е способна да изврши транзиција на неутрон во протон, додека бета честичка, инаку електрон, се отстранува од јадрото на атомот.
Квалитативната транзиција во центарот на атомот од протон во неутрон може да се изврши на два начина. Во првиот случај, честичка со маса еднаква на масата на електрон, но со позитивен полнеж, наречена позитрон (т.н. позитронско распаѓање), излегува од јадрото. Втората опција вклучува фаќање од страна на јадрото на атом на еден од електроните најблиску до него од К-орбитата (К-фаќање). Така хемиските елементи се менуваат од еден во друг поради тоа од што е направен атомот.
Постојат состојби на формираното јадро кога има вишок енергија, со други зборови, тоа е во возбудена состојба. Во случај на премин во природна состојба, јадрото ослободува прекумерна енергија во форма на дел од електромагнетното зрачење со многу кратка бранова должина - вака се формира гама зрачењето. Енергијата ослободена за време на нуклеарните реакции наоѓа практична примена во голем број гранки на науката и индустријата.
АТОМ(од грчкиот atomos - неделива), најмалата честичка на хемикалија. елемент, негов свет. Секој хем. Елементот одговара на збирка специфични атоми. Со поврзување едни со други, атоми од исти или различни елементи формираат посложени честички, на пример. . Сите различни хемикалии. in-in (цврсти, течни и гасовити) поради распаѓање. комбинации на атоми едни со други. Атомите можат да постојат и слободно. состојба (во, ). Својствата на атомот, вклучувајќи ја и најважната способност на атомот да формира хемикалии. кон., се одредуваат според карактеристиките на неговата структура.
Општи карактеристики на структурата на атомот. Атомот се состои од позитивно наелектризирано јадро опкружено со облак од негативно наелектризирани. Димензиите на атомот како целина се одредуваат според димензиите на неговиот електронски облак и се големи во споредба со димензиите на атомското јадро (линеарните димензии на атомот се ~ 10~8 cm, неговото јадро ~ 10" -10" 13 см). Електронскиот облак на атомот нема строго дефинирани граници, така што големината на атомот значи. степените се условни и зависат од методите на нивното определување (види). Јадрото на атомот се состои од Z и N, држени заедно со нуклеарни сили (види). Позитивни полнеж и негативен. полнењето е исто abs. магнитуда и се еднакви на e = 1,60*10 -19 C; нема електрична енергија. наплаќаат. Нуклеарно полнење +Ze - основно. карактеристика на атомот што ја одредува неговата припадност на одредена хемикалија. елемент. елемент во периодични периодичен систем () е еднаков на бројот во јадрото.
Во електрично неутрален атом, бројот во облакот е еднаков на бројот во јадрото. Сепак, под одредени услови, може да изгуби или додаде, соодветно вртење. во позитивно или негираат. , на пр. Li +, Li 2+ или O-, O 2-. Кога зборуваме за атоми на одреден елемент, мислиме и на неутралните атоми и на тој елемент.
Масата на атомот се одредува според масата на неговото јадро; масата (9,109*10 -28 g) е приближно 1840 пати помала од масата или (1,67*10 -24 g), така што придонесот во масата на атомот е незначителен. Вкупен број и повикани A = Z + N. . и нуклеарното полнење се означени соодветно. надреден знак и знак лево од симболот на елементот, на пр. 23 11 На. Се нарекува типот на атоми на еден елемент со одредена вредност N. . Се нарекуваат атоми на ист елемент со исто Z и различен N. овој елемент. Разликата во масата има мало влијание врз нивната хемија. и физички Свети Вах. Што е најважно, разликите () се забележани поради големиот роднина. разлики во масите на обичен атом (), D и T. Точните вредности на масите на атомите се одредуваат со методи.
Стационарната состојба на атом од еден електрон единствено се карактеризира со четири квантни броеви: n, l, m l и m s. Енергијата на атомот зависи само од n, а нивото со дадено n одговара на голем број состојби кои се разликуваат во вредностите l, m l, m s. Состојбите со дадени p и l обично се означуваат како 1s, 2s, 2p, 3s итн., каде што броевите ги означуваат вредностите на l, а буквите s, p, d, f и понатаму на латиница одговараат на вредностите d = 0, 1, 2, 3, ... Број на дек. наведува со дадени p и d е еднаква на 2(2l+ 1) бројот на комбинации на вредности m l и m s. Вкупен број на нуркачи. состојби со дадени n еднакви 
, т.е., нивоата со вредности n = 1, 2, 3, ... одговараат на 2, 8, 18, ..., 2n 2 decomp. . Се повикува ниво на кое одговара само едно (една бранова функција). недегенериран. Ако едно ниво одговара на две или повеќе, се нарекува. дегенерира (види). Во атом, нивоата на енергија се дегенерирани во вредностите на l и m l; дегенерација во m s настанува само приближно ако не се земе предвид интеракцијата. спин магнет момент со магнетна поле предизвикано од орбитално движење во електричен. нуклеарно поле (види). Ова е релативистички ефект, мал во споредба со Кулоновата интеракција, но е фундаментално значаен, бидејќи доведува до дополнителни разделување на енергетските нивоа, што се манифестира во форма на т.н. фина структура.
За дадени n, l и m l, квадратот на модулот на брановата функција ја одредува просечната дистрибуција за електронскиот облак во атомот. Разлика. атомите значително се разликуваат едни од други по дистрибуција (сл. 2). Така, при l = 0 (s-состојби) се разликува од нула во центарот на атомот и не зависи од насоката (т.е. сферично симетрична), за други состојби е еднаква на нула во центарот на атомот и зависи од насоката. 
Ориз. 2. Облик на електронски облаци за различни состојби на атомот.
Кај мултиелектронските атоми поради меѓусебно електростатско. одбивноста значително ја намалува нивната поврзаност со јадрото. На пример, енергијата на одвојување од He + е 54,4 eV во неутрален атом He е многу помала - 24,6 eV. За потешки атоми, врската е лок. со јадро уште послабо. Специфичноста игра важна улога во атомите на повеќе електрони. , поврзани со неразличноста и фактот дека тие се покоруваат, според Кром, секој од нив се карактеризира со четири квантни броеви не може да содржи повеќе од еден. За атом со повеќе електрони, има смисла да се зборува само за целиот атом како целина. Сепак, приближно, во т.н. Во приближувањето со еден електрон, секоја состојба со еден електрон (одредена орбитала опишана со соодветната функција) може да се разгледува поединечно и да се карактеризира со множество од четири квантни броеви n, l, m l и m s. Збирката 2(2l+ 1) во состојба со дадени n и l формира електронска обвивка (исто така наречена подниво, подобвивка); ако сите овие состојби се окупирани, се нарекува школка. исполнет (затворен). Збир од 2n 2 состојби со исто n, но различно l формира електронски слој (исто така наречен ниво, школка). За n = 1, 2, 3, 4, ... слоевите се означени со симболите K, L, M, N, ... Броевите во школки и слоеви кога се целосно пополнети се дадени во табелата: 
Помеѓу стационарни состојби во атомот се можни. При премин од повисоко енергетско ниво E i на пониско енергетско ниво E k, атомот се откажува од енергија (E i - E k), а за време на обратната транзиција ја прима. За време на радијативните транзиции, атомот емитира или апсорбира електромагнетен квант. зрачење (фотон). Исто така е можно кога атомот дава или прима енергија за време на интеракцијата. со други честички со кои се судира (на пример, во) или е врзан долго време (в. Хемиските својства се одредени од структурата на надворешните електронски обвивки на атомите, во кои тие се поврзани релативно слабо (врзувачки енергии од неколку eV до неколку десетици eV , се зголемува максималната енергија во затворена обвивка не влегуваат во хемиски реакции.
Внатрешна структура лушпи од атоми, кои се врзани многу поцврсто (енергија на врзување 10 2 -10 4 eV), се манифестираат само за време на интеракцијата. атоми со брзи честички и високоенергетски фотони. Ваквите интеракции да се определи природата на спектрите на Х-зраците и расејувањето на честичките (,) на атомите (види). Масата на атомот ги одредува неговите физички својства. свет, како импулс, кинетички. енергија. Од механички и сродни магнети. и електрични моментите на атомското јадро зависат од одредени суптилни физички фактори. ефекти (зависи од фреквенцијата на зрачењето, што ја одредува зависноста на индексот на рефракција на атомот поврзан со него. Тесната врска помеѓу оптичките својства на атомот и неговите електрични својства особено јасно се манифестира во оптичките спектри.
===
шпански литература за статијата „АТОМ“: Karapetyants M. X., Drakin S. I., Structure, 3. ed., M., 1978; Shloliekiy E.V., Атомска физика, 7-мо издание, том 1-2, М., 1984. М.А.Елјашевич.
Страница „АТОМ“подготвени со употреба на материјали.